TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
SOLDADURA DEL ACERO API 5L-X52 MEDIANTEEL PROCESO FLUX CORED ARC WELDING (FCAW)
CON TRANSFERENCIA PULSADA
Presentado ante la IlustreUniversidad Central de
Venezuela para optar al Título
de Ingeniero Metalúrgicopor los Brs.
González G., Juan C.Soriano R., Gregory G.
Caracas, marzo de 2001
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO
SOLDADURA DEL ACERO API 5L-X52 MEDIANTEEL PROCESO FLUX CORED ARC WELDING (FCAW)
CON TRANSFERENCIA PULSADA
TUTOR ACADÉMICO: Prof. Vicente Ignoto
Presentado ante la IlustreUniversidad Central de
Venezuela para optar al Título
de Ingeniero Metalúrgicopor los Brs.
González G., Juan C.Soriano R., Gregory G.
Caracas, marzo de 2001
i
AGRADECIMIENTO
Al profesor Vicente Ignoto, Tutor y coordinador del trabajo, por su asesoría.
A la Ing. Isis Plaza, por su ayuda y recomendaciones, para la realización de este
trabajo.
Al Ing. Juan C. Mestre, por su gran ayuda y colaboración.
Al técnico Rómulo Millano por su dedicación y colaboración.
Al Centro Venezolano de Soldadura (C.V.S.) y al personal que labora en este
Centro, por la aprobación, apoyo y financiamiento de este trabajo.
A la Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales de la
Universidad Central de Venezuela, por permitirnos la formación en esta magna
Universidad.
Al profesor Freddy Fraudita Jefe del Laboratorio de Ensayos No Destructivos de la
Escuela de Ingeniería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales.
Al prof. Rodolfo Monsalve y Ing. Orlando Gil de la empresa IMOSA.
A la profesora Sonia Camero, por su valiosa colaboración.
A nuestros Padres por ser pilares fundamentales en nuestra vida y formación.
A nuestros amigos, compañeros y a todas aquellas personas que de alguna
manera intervinieron en el desarrollo de este Trabajo de Grado.
A Ustedes Infinitas Gracias.
ii
González G. Juan C.Soriano R. Gregory G.
SOLDADURA DEL ACERO API 5L-X52 MEDIANTEEL PROCESO FLUX CORED ARC WELDING (FCAW)
CON TRANSFERENCIA PULSADA
Tutor Académico: Prof. Vicente Ignoto. Tesis. Caracas, U.C.V. Facultad deIngienería. Escuela de Ingienería Metalúrgica y Ciencia de los Materiales. Año 2001,
108 p.
Palabras Claves: FCAW-Pulsado, Tubería de acero API 5L-X52, Criterio Burnoff,
Transferencia Metálica.
Resumen. Con el objeto de establecer los parámetros de soldadura del proceso
Flux Cored Arc Welding Gas Shielding (FCAW-G) con un modo de transferencia
pulsado, para tuberías de acero API 5L-X52 de 500 mm diámetro y 10 mm de
espesor, en un diseño de juntas en V, sin talón ni respaldo, donde, se utilizó, como
material de aporte un alambre tubular de 1,6 mm de diámetro, denominado
comercialmente Outershield 71M (AWS E71T-1) y una protección de Argón con
20% de Dióxido de Carbono (AGAMIX 20). La obtención de los parámetros de
pulso, fue realizada basándose en el criterio de Burnoff, descrito por Amin(9), en la
cual se relacionó: la Velocidad de alimentación (VA) de 3 m/min con una Intensidad
media de 165 amp, y se obtuvieron los siguientes valores: Intensidad base (IB) 50
amp, Intensidad pico (IP) 415 amp, tiempo base (tB) 3,4 mseg, tiempo pico (tP) 7,5
mseg. La soldadura se calificó siguiendo los procedimientos de la norma API
1104, apoyada en las normas ASTM E23-91 y ASTM 370, que exige la realización
de ensayos no destructivos como: inspección visual, líquidos penetrantes y
radiografía, y destructivos como: tracción, doblado de cara y raíz, ensayo Charpy,
ensayo de dureza y un barrido metalográfico. Se concluyó, que los resultados
obtenidos cumplen con la norma y por ende son adecuados para la aplicación de
las tuberías.
ÍNDICE DE CONTENIDO
AGRADECIMIENTO ................................................................................. i
RESUMEN ................................................................................................ ii
INTRODUCCIÓN......................................................................................iii
I .- FUNDAMENTO TEÓRICO................................................................. 1
1.1.- Soldadura ........................................................................................................... 21.2.- Proceso Flux Cored Arc Welding (FCAW) .................................................... 31.3.- Modo de transferencia...................................................................................... 5
1.3.1.- Transferencia en un proceso de soldadura de arco eléctrico conalambre macizo............................................................................................ 5
1.3.2.- Transferencia metalica en FCAW ..........................................................141.4.- Predicción de los parámetros de soldadura empleando arco pulsado
para la estabilidad del arco y control de la transferencia metálica..........161.4.1.- Predicción de los parámetros del pulso ................................................17
1.4.1.1.- Criterio de Burnoff...............................................................................171.4.1.2.- Criterio de la transferencia metálica................................................221.4.1.3.- Criterio de estabilidad del arco .........................................................22
1.5.- Metalurgia de la soldadura de los aceros de alta resistencia al Carbono-Manganeso.......................................................................................................23
1.5.1.- Cordón de Soldadura ...............................................................................231.5.2.- Zona Afectada por el calor ......................................................................231.5.3.- Suministro de calor ...................................................................................251.5.4.- Metal base no afectado............................................................................251.5.5.- Descripción de la zona afectada por el calor........................................251.5.6.- Absorción de gases ..................................................................................26
1.6.- Soldabilidad de los aceros al carbono y de baja aleación........................271.6.1.- Agrietamiento inducido por hidrogeno...................................................271.6.2.- Agrietamiento en caliente ........................................................................291.6.3.- Grietas de solidificación...........................................................................291.6.4.- Griets de fusión de bordes de granos....................................................31
1.7.- Discontinuidades en la soldadura.................................................................321.8.- Ensayos no destructivos ................................................................................381.9.- Ensayos destructivos......................................................................................441.10.- Especificación del procedimiento de soldadura (EPS)...........................46
1.11.- Registro de calificación del procedimiento (RCP) ...................................47
I I .- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL ............................................ 49
2.1.- Descripción de la maquina de soldadura ....................................................512.2.- Material de aporte ...........................................................................................532.3.- Caracterización del material base y depósito .............................................532.4.- Selección de los parámetros del arco pulsado...........................................532.5.- Preparación de los Cupones de Pruebas....................................................572.6.- Ensayos no Destructivos................................................................................59
2.6.1.- Inspección Visual ......................................................................................592.6.2.- Inspección por Liquido penetrantes .......................................................592.6.3.- Inspección por Radiografía......................................................................60
2.7.- Ensayos mecánicos (destructivos) ...............................................................612.7.1.- Ensayo de tracción ...................................................................................622.7.2.- Ensayo de doblado ...................................................................................622.7.3.- Ensayo de Charpy....................................................................................632.7.4.- Macroataque ..............................................................................................632.7.5.- Ensayo de dureza .....................................................................................632.7.6.- Microataque ...............................................................................................64
I I I .- RESULTADOS EXPERIMENTALES Y ANÁLISIS .................... 65
3.1.- Caracterización química y mecánica del material y depósito ..................663.2.- Selección de los parámetros de soldadura.................................................67
3.2.1.- Criterio de Burnoff.....................................................................................673.2.2.- Diámetro metálico del alambre tubular..................................................683.2.3.- Cálculo del volumen teórico de la gota..................................................693.2.4.- Cálculo del tiempo del ciclo para la transferencia pulsada ................693.2.5. - Parámetros teóricos de la transferencia pulsada (Zona paramétrica)
......................................................................................................................693.2.6.- Parámetros de soldadura ........................................................................71
3.2.6.1.- Determinación del parámetro óptimo ..............................................743.2.6.2.- Oscilogramas de pulso ......................................................................753.2.6.3.- Determinación de la penetracción y la altura del cordón.............81
3.3.- Cupones de prueba.........................................................................................833.4.- Ensayos no destructivos ................................................................................84
3.4.1.- Inspección Visual ......................................................................................843.4.2.- Inspección por Líquidos Penetrantes. ...................................................843.4.3.- Inspección por Radiografía......................................................................85
3.5.- Ensayo mecánicos (destructivos) .................................................................883.5.1.- Ensayo de tracción ...................................................................................883.5.2.- Ensayo de doblez. ....................................................................................903.5.3.- Ensayo Charpy..........................................................................................923.5.4.- Macrografías..............................................................................................943.5.5.- Ensayo de dureza .....................................................................................953.5.6.- Micrografías ...............................................................................................97
3.6.- Registro de Calificación del Procedimiento...............................................100
I V.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..............................104
4.1.- Conclusiones..................................................................................................1054.2.- Recomendaciones.........................................................................................106
V.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................107
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura Página
1.- Soldadura FCAW con gas de protección................................................. 5 2.- Soldadura FCAW Self- shielding (autoprotegido) ................................... 6 3.- Sección transversal del electrodo tubular................................................. 9 4.- Diagrama de clasificación de los electrodos FCAW.............................10 5.- Representación esquemática del modo de transferencia pulsada ....14 6.- Esquema de las fuerzas que actúan en la transferencia.....................15 7.- Gráfico del criterio de Burnoff...................................................................18 8.- Zona paramétrica predecida según el criterio de Burnoff....................21 9.- Representación de la zona afectada por el calor..................................2410.- Grieta por tensión.......................................................................................3411.- Porosidades internas y superficiales.......................................................3512.- Inclusiones de escoria ...............................................................................3613.- Representación de una soldadura con falta de penetración...............3714.- Falta de fusión.............................................................................................3715.- Socavamiento .............................................................................................3716.- Diagrama de flujo .......................................................................................5017.- Equipo de soldadura MTE DIGITEC 3001 .............................................5118.- Panel de control..........................................................................................5219.- Esquema de la gráfica requerida para determinar..................................... el punto de trabajo ......................................................................................5420.- Sección transversal del electrodo............................................................5521.- Cortes de las probetas para la selección del mejor parámetro de.......... pulso..............................................................................................................5722.- Características de los cupones de prueba.............................................5823.- Ilustración de la realización de la soldadura en el cupón de prueba .....................................................................................................................................5924.- Dimensiones de las probetas de tracción...............................................6125.- Dimensiones de las probetas de doblez.................................................6126.- Dimensiones de las probetas sub-estándar Charpy.............................6227.- Esquema demostrativo de la realización del barrido de dureza .........6328.- Zonas donde se realizó la microgarfia....................................................6429.- Macrografía de la sección transversal del electrodo utilizado ............6830.- Puntos para la deteminación de la penetración del cordón.................81
31.- Macrografía de los cordones realizados con el parámetro 9 ..............8232.- Fotografía de los cupones de pruebas ...................................................8333.- Cupones ensayados por líquidos penetrantes ......................................8534.- Radiografía de la sección 1 del cupón de prueba.................................8535.- Radiografía de las secciones 2 y 3 del cupón de pueba ....................8636.- Radiografía de la sección 4 del cupón de prueba.................................8737.- Probetas de tracción ensayadas..............................................................8838.- Doblez de cara............................................................................................9139.- Doblez de raíz.............................................................................................9140.- Fotografía de las probetas ensayadas por impacto..............................9341.- Macrografía .................................................................................................9442.- Micrografías del cordón de soldadura en dirección vertical ................9743.- Micrografías del cordón de soldadura en dirección horizontal............98
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro Página
1.- Composición química del material de aporte .........................................53 2.- Análisis químico del material base ..........................................................66 3.- Propiedades mecánicas nominales del material base y aporte..........66 4.- Análisis químico del depósito ...................................................................66 5.- Parámetros de soldadura..........................................................................71 5.- Continuación Parámetros de soldadura .................................................72 5.- Continuación Parámetros de soldadura .................................................73 6.- Parámetros seleccionados........................................................................74 7.- Resultados del porcentaje de penetración y altura del cordón...........81 8.- Parámetros seleccionados........................................................................82 9.- Resultados de los ensayos de tracción ..................................................8910.- Resultados del ensayo de doblez............................................................9011.- Resultados de los ensayos charpy..........................................................92
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico Página
1.- Relación entre la Corriente media y la Velocidad de alimentación....67 2.- Zona predicha por el criterio de Burnoff ................................................70 3.- Oscilograma del pulso 9 ............................................................................75 4.- Oscilograma del pulso 10..........................................................................75 5.- Oscilograma del pulso 11..........................................................................76 6.- Oscilograma del pulso 12..........................................................................76 7.- Oscilograma del pulso 14..........................................................................77 8.- Oscilograma del pulso 24..........................................................................77 9.- Oscilograma del pulso 25..........................................................................7810.- Oscilograma del pulso 26..........................................................................7811.- Oscilograma del pulso 27..........................................................................7912.- Oscilograma del pulso 28..........................................................................7913.- Oscilograma del pulso 43..........................................................................8014.- Oscilograma del pulso 49..........................................................................8015.- Esfuerzo Vs deformación..........................................................................8916.- Dureza Vs desplazamiento .......................................................................95
ii
INTRODUCCIÓN
La construcción de oleoductos de largos trayectos conlleva a la utilización de
aceros de alta resistencia y baja aleación en los cuales una combinación de
composición química y laminación termomecánica permite incrementar la tensión
de fluencia y mejorar la tenacidad junto con la soldabilidad.
La unión de estos materiales pueden favorecer con la utilización de un proceso de
soldadura que permita aumentar la productividad. Además, de controlar la
transferencia metálica y mantener las propiedades mecánicas. De aquí la
necesidad de estudiar nuevos procesos, como el Flux Cored Arc Welding (FCAW).
La soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), es un proceso de arco
eléctrico que utiliza electrodo tubular que en su interior posee diversos materiales
pulverizados, que durante el proceso produce un manto de escoria abundante, el
cual proporciona una alta productividad y un cordón de excelente apariencia,
donde el depósito se encuentra protegido de la contaminación del aire, gracias al
flux que está en el interior del electrodo.
En estos procesos es importante controlar la transferencia metálica, que se puede
realizar a través del modo de transferencia pulsado que controla además, la
energía suministrada al material.
El modo de transferencia pulsado que fue utilizado por primera vez en 1965,
consiste en una alteración de la densidad de corriente en dos niveles: alto y bajo.
El nivel alto proporciona la fusión rápida y el desprendimiento de la punta del
electrodo; el bajo actúa como un nivel base para sostener el arco piloto,
conservando la punta fundida y manteniendo la corriente promedio durante un
ciclo completo.
iii
Una combinación de alta productividad ofrecida por el FCAW y control de la
transferencia metálica debido del modo pulsado, puede convertirse en un proceso
eficiente en la construcción de oleoductos.
En función de ello, el objetivo de este trabajo consiste en establecer los
parámetros de soldadura del proceso FCAW, con un modo de transferencia
pulsado, para la unión de tubería de acero API 5L-X52, y calificar el procedimiento
de soldadura a través del EPS (Especificación del Procedimiento de Soldadura) y
RCP (Registro del Procedimiento de Soldadura), establecidos en la norma API
1104 (Welding of Pipelines and Relatec Facilities).
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
2
I.- FUNDAMENTO TEÓRICO
1.1.- Soldadura
Groover, M.(1) define la soldadura como un proceso de unión de materiales en el
cual se funden las superficies de contacto de dos (o más) partes mediante la
aplicación conveniente de calor o presión. La integración de las partes que se
unen mediante soldadura se denomina un ensamble soldado.
Muchos procesos de soldadura se obtienen solamente por calor, sin aplicar
presión; otros, mediante una combinación de calor y presión; y algunos más
únicamente por presión, sin aportar calor externo. En algunos casos se agrega un
material de aporte o relleno para facilitar la fusión. La soldadura se asocia por lo
regular con partes metálicas, pero el proceso también se usa para unir plásticos.
La soldadura proporciona una unión permanente, en donde las partes soldadas se
vuelven una sola unidad. La unión soldada puede ser más fuerte que los
materiales originales, si se usa un metal de relleno que tenga propiedades de
resistencia superiores a los materiales originales y se emplean las técnicas de
soldadura adecuadas.
En general, la soldadura es la forma más económica de unir componentes, en
términos de uso de materiales y costos de fabricación. Los métodos mecánicos
alternativos de ensamble requieren alteraciones más complejas de las formas (por
ejemplo, taladrado de orificios) y adición de sujetadores (remaches o tuercas). El
ensamble mecánico resultante por lo general es más pesado que la soldadura
correspondiente.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
3
1.2.- Proceso Flux Cored Arc Welding (FCAW)
El Ing. Asta, E.(2) define el proceso Flux Cored Arc Welding (FCAW) como un
método de soldeo por arco eléctrico con o sin protección de gas, donde el calor
necesario es generado por un arco eléctrico que se establece entre un electrodo
consumible y el metal que se va a soldar.
También describe al electrodo como un alambre tubular, desnudo que se alimenta
de forma continua, automáticamente y se convierte en el metal depositado según
se consume. Este proceso es realizado con la protección de un fúndete contenido
dentro del electrodo tubular o alambre tubular.
El proceso tiene dos variantes, una emplea un gas suministrado externamente y
otra Self-Shierding (auto protegido), la cual se basa enteramente, en el gas que se
genera en la desintegración de los fundentes, dentro del electrodo. En ambos
casos el material del núcleo del electrodo produce una escoria que protege la
solidificación del material base.
El FCAW es un proceso que combina características de soldadura manual
(SMAW) y del proceso de soldadura por arco sumergido (SAW).
1.2.1.- Principales características del proceso
Los beneficios del FCAW se obtienen con la combinación de tres hechos
generales:
1. La productividad debido a un alambre de soldadura continua.
2. Beneficios metalúrgicos que pueden ser obtenidos desde el flux.
3. La escoria que le da soporte y forma a la pileta soldada (AWS Welding
Handbook, 1993)(4).
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
4
1.2.2.- FCAW con protección gaseosa (FCAW-G)
Asta, E.(2) explica el procero FCAW con o sin protección gaseosa y hace mención
de algunos gases utilizados como protección.
En este proceso se usa un gas de protección (usualmente dióxido de carbono o
una mezcla de argón y dióxido de carbono) para proteger el metal fundido del
oxigeno y nitrógeno del aire que redondean el arco. La composición química del
alambre o electrodo tubular es formulada para proveer desoxidantes que se
combinen con la pequeñas cantidades de oxigeno debido al gas de protección.
Entre los gases de protección mas utilizados en el proceso se tiene:
Dióxido de Carbono (CO2): Es el gas de protección mas usado en el FCAW. Ya
que tiene bajo costo y se obtiene mayor penetración en la soldadura. Una
protección con 100% de CO2, produce soldadura amplia y de penetración
profunda, se logra buen contorno del reborde y hay tendencia hacia el corte en la
parte inferior. Comparado con los gases inertes, el CO2 es relativamente barato. El
principal inconveniente de la protección con CO2 es la tendencia del arco a ser un
poco burdo. Esto puede conducir a salpicaduras y dificulta la soldadura.
Las ventajas más importantes del C02 son:
• Bajo costo
• Gran penetración
• Alta velocidad de soldeo
Los inconvenientes son:
• Se producen gran cantidad de salpicaduras
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
5
• No se puede conseguir transferencia "spray", únicamente se puede
conseguir transferencia globular o en cortocircuito
• Las superficies de los cordones quedan ligeramente oxidadas
Según Asta, E.(2) la mezcla de este gas con argón (Ar), diminuyen los
inconvenientes antes mencionados.
Mezcla de gases: la mezcla de gases de protección permiten aprovechar las
ventajas de la combinación de dos gases, ya que un mayor porcentaje de gas
inerte mezclado con CO2 u oxigeno mejora la eficiencia en la transferencia de los
desoxidantes contenidos en el núcleo.
La presencia del argón en suficiente cantidad, como gas de protección, resulta en
menos oxidación que al usar solo el CO2, la relación generalmente utilizada esta
constituida de 75% de Ar y 25% de CO2. El metal de soldadura así depositado
tiene mayor tensión de rotura y de fluencia en comparación a la realizada con el
CO2 puro. Con esta mezcla de gases se obtiene transferencia tipo spray y
generalmente se utiliza para soldadura fuera de posición.
Figura 1. Soldadura FCAW con gas de protección(3)
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
6
1.2.3.- FCAW sin protección gaseosa (FCAW-S)
En el método auto protegido, la protección es obtenida por la composición del flux
el cual se vaporiza creando una atmósfera que desplaza el aire circundante y por
la escoria que cubre las gotas del metal fundido durante la soldadura. La
producción de CO2 y la introducción de agentes desoxidantes y denitrificantes, a
partir de adecuados ingredientes del flux sobre la superficie de la pileta soldada,
explican por que estos electrodos pueden tolerar mayores corrientes de aire que
los protegidos por el gas.
Una ventaja de los alambres auto-protegidos es el uso de grandes extensiones de
electrodos, lo que permite una buena longitud de alambre no fundido hasta el
extremo del tubo de contacto, generalmente se utilizan extensiones de 19 a 95
mm.
Figura 2. Soldadura FCAW Self-shielding (Autoprotegido)(3)
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
7
1.2.4.- Equipo de Soldeo para la soldadura FCAW
El equipo necesario para la soldadura del proceso FCAW es similar al utilizado
para el MIG/MAG, requiere de:
• Fuente de energía
• Fuente de suministro de gas
• Sistema de alimentación de alambre
• Pistola (refrigerada por agua)
• Sistema de control
• Carrete de alambre / electrodo (alambre que actúa como metal de aporte)
• Sistema de regulación para el gas de protección
• Sistema de circulación de agua de refrigeración para las pistolas refrigeradas
por agua
• Cables y tubos o mangueras
• Sistema de autorregulación
El sistema de autorregulación del arco, cuando el alambre toca la pieza, la
intensidad de cortocircuito que se origina es muy elevada, por lo cual el extremo
del alambre se funde inmediatamente, estableciéndose un arco (cebado
instantáneo), cuya longitud es función de la tensión elegida en la fuente de
energía. Una vez cebado el arco, entra en juego el fenómeno de autorregulación,
suministrando la fuente de poder la intensidad necesaria para fundir el alambre en
la medida del suministro, manteniéndose la longitud de arco correspondiente a la
regulación del voltaje elegida.
Si por alguna causa, la distancia entre la extremidad del alambre y la pieza
aumenta, la tensión y la longitud del arco aumentarán, pero, al mismo tiempo la
intensidad disminuirá, por lo que la fusión será más lenta hasta que se restablezca
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
8
la longitud y voltaje inicial. Lo contrario ocurre cuando la distancia entre el alambre
y la pieza disminuye. La autorregulación es importante para garantizar la
estabilidad del arco, según Asta, E.(2).
1.2.5.- Materiales base soldable
Muchos de los aceros que son soldables con los procesos SMAW, GMAW o SAW
pueden ser soldado con FCAW, entre otros se tienen:
a. Aceros dulces, aceros estructurales, grados de recipientes a presión tales
como: ASTM A36, A515 y A516
b. Aceros de grado estructurales de alta resistencia y baja aleación, ASTM
A440, A441, A572 y A548
c. Aceros aleados de alta resistencia y templado y revenidos, ASTM A514,
A517 y A533
d. Aceros al cromo-molibdeno tales como 1 ¼ Cr - ½ Mo, 2 ¼ Cr – 1 Mo
e. Aceros inoxidables forjables resistente a la corrosión
f. Acero al níquel
g. Acero aleados resistente a la abrasión
1.2.6.- Alambres o electrodos tubulares
Consisten en un fleje de acero de bajo carbono o baja aleación, en cuyo interior se
colocan materiales aleantes y fluidificantes, que presenta ventaja, cuando se
realiza una adecuada combinación de los ingredientes del núcleo, junto con el
extremo, generando la producción de soldadura con adecuada velocidad de
deposición (figura 3).
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
9
Figura 3. Sección transversal del electrodo tubular
1.2.6.1.- Funciones de los ingredientes del Flux
• Proveer adecuada resistencia mecánica, metalúrgica y a la corrosión del
metal de soldadura por ajuste de la composición química
• Promover sanidad del metal de soldadura protegiendo la pileta liquida del
oxigeno y nitrógeno del aire
• Eliminar impurezas desde el metal fundido usando reacciones del Flux,
producir un recubrimiento de escoria para proteger la contaminación del
metal cuando esta solidificando y controlar la forma y apariencia de los
cordones en las diferentes posiciones de soldadura en las cuales el
electrodo es colocado
• Estabilizar el arco y producir un cordón uniforme con poca salpicadura
1.2.6.2.- Clasificación de los electrodos tubulares
Los electrodos para acero al carbono se clasifican según la ANSI/AWS A5.20/95(4)
como se indica en la figura 4.
Flux
Carcasametálica
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
10
Figura 4. Diagrama de clasificación de los electrodos FCAW
1.2.7.- Ventajas del proceso FCAW(5)
• Alta calidad del metal depositado
• Excelente apariencia del cordón, soldadura suave y uniforme
• Excelente entorno de los cordones de filetes horizontales
• Se puede soldar una variedad de aceros con un amplio rango de espesores
• Factor de alta operatividad
• Fácil mecanizado
• Alta tasa de deposición
• Economía en los diseños ingenieriles de juntas
• Arco visible fácil de usar
• La limpieza previa es mucho menor que la que se requiere para la
soldadura por arco de metal con protección gaseosa (GMAW)
• Distorsión reducida comparada con la soldadura SMAW
E X X T- X
Designa un electrodo
Indica la mínima resistencia a la tracción del metal desoldadura depositado
Indica el uso y la performanceSeguido de una M: Puede utilizarse con mezcla de gases(75-80%Ar + CO2)Seguido de J: Propiedades de impacto a –40CºLetra h seguida de 4.8 o 16: indica que el hidrógeno difusible noexcede 4.8 o 16 mm/100g de metal depositado.
Indica un electrodo con núcleo fundente
Indica la posición primaria para lo que el electrodo esta diseñado0-Indica la posición plana y horizontal1-indica todas las posiciones
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
11
1.3.- Modo de transferencia
1.3.1.- Transferencia en un proceso de soldadura de arco eléctrico con
alambre macizo (Mig-Mag)
Según Hernández, G.(6), la transferencia metálica es el mecanismo a través del
cual el metal del electrodo se deposita en el material a soldar. La transferencia de
metal en el arco puede realizarse básicamente de cuatro formas:
a. Transferencia por cortocircuitos: El metal se transfiere del electrodo a la
pieza cuando electrodo contacta con el metal fundido depositado por soldadura
b. Transferencia globular: la transferencia en forma de grandes gotas, con un
tamaño mayor que el diámetro del alambre caen al baño de fusión por su
propio peso.
c. Transferencia en spray: Se desprende pequeñas gotas del alambre y se
desplazan a través del arco hasta llegar a la pieza.
d. Transferencia por arco pulsado: Es un modo de transferencia tipo spray que
se produce en impulsos regularmente espaciados, en lugar de suceder al azar
como ocurre en el arco-spray. El tipo de transferencia depende del gas de
protección, de la intensidad y la tensión de soldeo.
1.3.1.1.- En la transferencia por cortocircuito
Hernández, G.(6) afirma que este tipo de transferencia se obtiene cuando la
intensidad y la tensión de soldeo son bajas. Se utiliza para el soldeo en posición
vertical, bajo techo y para el soldeo de espesores delgados o cuando la
separación en la raíz es excesiva. Los parámetros típicos: Voltaje 16 a 22 V;
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
12
Intensidad 50 a 150 A. Se reconoce porque el arco es corto, suele haber
proyecciones y origina un zumbido característico obteniéndose mayor eficiencia
utilizando un gas de protección de dióxido de carbono.
1.3.1.2.- En la transferencia globular
Se caracteriza por la formación de una gota relativamente grande de metal fundido
en el extremo del alambre. La gota se va formando hasta que cae al baño fundido
por su propio peso. Este tipo de transferencia no suele tener aplicaciones
tecnológicas por la dificultad de controlar adecuadamente el metal de aportación y
porque suele provocar faltas de penetración y sobre espesores elevados.
Parámetros típicos: Voltaje de 20 a 35 V; intensidad 70 a 255 A.
1.3.1.3.- En la transferencia por arco-spray
Las gotas son iguales y de menor diámetro que el alambre y su transferencia se
realiza desde el extremo del alambre al baño fundido en forma de una corriente
axial de gotas finas (corriente centrada con respecto al alambre). Se obtiene este
tipo de transferencia con altas intensidades y altos voltajes. Intensidades 150 a
500A y voltajes de 24 a 40 V. Los gases inertes favorecen este tipo de
transferencia.
La transferencia en spray se puede aplicar para cualquier material base pero no se
puede utilizar en espesores muy finos porque la corriente de soldeo es muy alta.
Se consiguen grandes tasas de deposición y rentabilidad.
1.3.1.4.- En la transferencia por arco pulsado
Es una modalidad del tipo spray, que se produce por pulsos a intervalos
regularmente espaciados en lugar de suceder al azar, como ocurre en el arco-
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
13
spray. Este tipo de transferencia, se obtiene cuando se utiliza una corriente
pulsada, que es la composición de una corriente de baja intensidad que existe en
todo momento (es constante) y se denomina corriente de fondo o de base, y un
conjunto de pulsos de intensidad elevada denominada corriente de pico. La
intensidad de fondo sirve para precalentar y acondicionar el alambre que va
avanzando continuamente. La gota saltará cuando se aplique una corriente de
pico (figura 5).
La ventaja fundamental de este método es la importante reducción de calor
aplicado que se produce con respecto al método arco-spray, lo cual se traduce en
la posibilidad de soldar en spray secciones menores, obtener menores
deformaciones y soldar en todas la posiciones, además se pueden utilizar
diámetros de alambre mayores y se reducen las proyecciones.
Las mayores desventajas de este sistema de transferencia es que requiere de
energía de corriente pulsada generando: costo elevado del equipo, dificultad de
establecer los parámetros adecuados de soldeo debido al gran número de datos
que hay que introducir y además sólo se puede utilizar mezclas con bajo contenido
en CO2 (18% máximo).
Sin embargo, actualmente las fuentes de energía la corriente de fondo, la de pico
y la duración del pulso están permanentemente establecidas, sólo se puede
cambiar la frecuencia de los pulsos. De forma que a mayor frecuencia (mayor
numero de pulsos por segundo) mayor es la intensidad efectiva y la tasa de
deposición.
Actualmente las fuentes de soldeo para corriente pulsada son de tipo sinérgico, lo
que significa que el soldador solo tiene que ajustar la velocidad de avance del
alambre y los datos sobre el material de aportación, el gas de protección y el
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
14
diámetro del electrodo. A partir de estos datos la fuente de corriente ajusta
automáticamente los parámetros de soldeo idóneos.
Figura 5. Representación esquemática del modo de transferencia pulsado
1.3.2.- Modo de transferencia metálica en FCAW
La transferencia metálica en el proceso FCAW es una combinación de los tipos
básicos de transferencia del proceso GMAW, es decir el metal puede ser
transferido en forma globular, cortocircuito, spray y modo pulsado. El tipo de
transferencia depende de la formulación del fundente interno así como también del
voltaje y corriente del arco, según la AWS(3).
Souza(7) explica que los diferentes tipos de transferencia metálica están
relacionadas con un balance de fuerzas que actúan en el desprendimiento de las
gotas y por el tipo de proceso de soldadura usado. La Figura 6 representa estas
fuerzas que actúan directamente sobre la punta del electrodo y estas son: peso
(Fp), tensión superficial gota-cáscara metálica (Ftm), y gota escoria (Fte), fuerza
electromagnética de Lorentz (Fc), fuerza de arrastre del plasma (Fd), fuerza de
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
15
evaporación metálica (Fv), y la fuerza debido a las reacciones químicas (formación
de burbujas de gases en el interior de la gota de metal fundido)(Fq).
Figura 6. Esquema de las fuerzas que actúan en la transferencia metálica en la soldadura con
alambre tubular. (a) gota ligada físicamente a la cáscara metálica. (b) gota ligada a la
protección gaseosa(7)
Wang y colaboradores(8) definen las fuerzas de Lorentz como la causante del
encuellamiento y la separación de las gotas de metal fundidas desde la punta del
electrodo, estas se producen gracias a las fuerzas electromagnéticas que se
generan cuando pasa la corriente a través del electrodo. La fuerza de tensión
superficial depende del tipo de metal y del diámetro del alambre. La fuerza de
arrastre debido al plasma colabora para la separación de la gota al igual que la de
gravedad.
Adicionalmente establecen que comparado el FCAW con GMAW, el primero es
más complicado debido a la interacción existente entre la cáscara metálica y el
núcleo del electrodo. Una sección transversal de un alambre para FCAW es
mucho menor que una de GMAW del mismo diámetro, por lo tanto la transferencia
metálica en este alambre siempre ocurre a mayores densidades de corriente.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
16
Dentro de la transferencia metálica del proceso FCAW se han observado tres
etapas diferentes: formación y crecimiento de la gota, encuellamineto y
desprendimiento. Dentro de la etapa de encuellamiento se encuentras dos
subetapas, las cuales son similares a las del proceso de soldadura por arco
sumergido (SAW). En la primera de estas subetapas la gota esta ligada a la
cascara metálica y en la segunda subetapa esta se encuentra solamente ligada a
la protección de la escoria que se encuentra en la punta del electrodo. En la
primera etapa de formación y crecimiento de la gota la corriente fluye a través de
la gota y la hace crecer, posteriormente comienza la segunda etapa en donde la
acción de las fuerzas de Lorentz , de arrastre del plasma producida por el gas de
protección, de tensión superficial gota-cascara metálica y gota escoria, peso, de
las reacciones químicas y de evaporación metálica actúan de manera tal que
logran producir el encuellamiento y la separación de gota desde la punta del
electrodo.
1.4.- Predicción de los parámetros de soldadura empleando arco
pulsado para la estabilidad del arco y control de la transferencia
metálica
El método de predicción de los parámetros de soldadura empleando arco pulsado,
usado en este trabajo de investigación, está basado el trabajo de Amin, M.(9),
quién lo diseñó en el año de 1.983 y en las modificaciones que hicieron basándose
en el mismo método Rajasekaran y colaboradores(10) en su investigación
publicada en el año 1.998.
La predicción de los parámetros del pulso para corriente pulsada esta basada en
tres requerimientos esenciales para la técnica de soldadura MIG pulsado (GMAW-
P) usado alambre macizo:
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
17
1.4.1.- Predicción de los parámetros del pulso
1. La velocidad de alimentación del alambre (VA) debe estar balanceada con
la tasa de fusión del electrodo, de manera tal que la longitud del arco se
mantenga constante (criterio de burnoff)
2. Se debe producir transferencia metálica tipo “spray”, incluso a velocidades
de alimentación y voltajes bajos, que son las características de una
transferencia metálica tipo globular (criterio de la transferencia metálica)
3. La corriente base (IB) debe exceder un límite mínimo inferior para garantizar
un arco estable (criterio de la estabilidad del arco).
1.4.1.1.- Criterio de Burnoff
La consideración necesaria al trabajar con este método, es construir una relación
funcional que represente todas las posibles condiciones de los parámetros del
pulso (IP, IB, tP, tB), pertenecientes a una corriente media especifica (IM).
Para la construcción de esta zona paramétrica se debe hallar como primer paso
una relación entre la corriente media y la velocidad de alimentación en GMAW-P
usado parámetros experimentales según el siguiente procedimiento: realizar
soldaduras tomando en cuenta varios parámetros de las mismas, los cuales se
seleccionan por ensayo y error, tomando solamente en cuenta los de mayor
estabilidad del arco y con una longitud del mismo más o menos constantes.
Una vez seleccionadas las mejores combinaciones, los valores obtenidos de IM se
grafican con sus respectivas velocidades de alimentación, obteniéndose una
grafica como la figura 7. La corriente media puede ser calculada según la
ecuación:
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
18
BP
BBPP
Mtt
ItItI
++
=..
[1]
donde: IM = corriente media (A)
tP = tiempo de pico (ms)
tB = tiempo de base (ms)
IP = corriente de pico (A)
IB = corriente de base (A)
Figura 7. Gráfico del criterio de Burnoff para soldadura convencional y por arco pulsado
Las correcciones aplicadas por Rajasekaran y colaboradores al método de Amin,
es la realización de un gráfico similar, pero empleando soldadura con arco
convencional, obteniéndose que ambas rectas (pulsada y convencional) se
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
19
interceptan y este punto coincide con los niveles de transferencia spray del
material de aporte.
Amin(9) en su investigación no asume un tamaño de gota igual al diámetro del
alambre usado como material de aporte, pero, Rajasekaran y colaboradores(10) si
lo hacen, argumentando que al trabajar con tamaños de gotas mayores al
diámetro del alambre se puede favorecer la transferencia corto circuito y
salpicaduras. Esta suposición se toma empleando la siguiente ecuación:
3D r..
3
4V π= [2]
donde: r = radio del material de aporte (mm)
VD = volumen de la gota (mm3)
El tiempo del ciclo del pulso se debe calcular de manera tal que produzca una gota
por pulso a diferentes velocidades VA usando la siguiente expresión:
A
D
CVd
Vt
..
.2402π
= [3]
donde: tC = tiempo de ciclo (ms)
d = diámetro del alambre (mm)
Como la relación de la figura 7 es linear podemos tomar la ecuación de una recta
para describir ambas:
IM = m*VA + K [4]
donde: m = pendiente de la recta
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
20
K = intercepción con la ordenada
A partir de la data obtenida se puede despejar IP de la ecuación 1:
B
P
M
P
P It
tI
t
tI
CC
.1.
−−
= [5]
Esta ecuación define la relación entre la corriente de pico y la corriente de base
para una IM (o VA). A partir de esta relación podemos definir una zona paramétrica
para un rango entero de duraciones de pulso como se muestra en la figura 8.
Dentro de esta zona paramétrica a un IM y VA existe una relación linear entre la
amplitud de pulso y la corriente de base, en la cual el nivel de pulso disminuye con
un incremento de la corriente de base. El máximo valor posible de amplitud de
pulso es limitado por la intersección con el eje donde se encuentra IP en donde IB
se hace cero, dado que los valores negativos IB carecen de sentido físico. El
mínimo valor posible es el punto común donde IB = IM = IP. De esta manera se
puede variar tp con una combinación de IP e IB alrededor del punto común IB = IM =
IP desde la vertical hasta la horizontal, es decir, desde una pendiente ∞ a tP = 0
hasta una pendiente igual a 0 a tP = t, respectivamente.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
21
Figura 8. Zona paramétrica predecida según el criterio de Burnoff
Como resultado se obtiene que cualquier punto con IB, IP y TP dentro de esta zona
paramétrica, representa los posibles valores potenciales de condiciones de pulso
para un valor único de IM con los cuales podemos garantizar el criterio de Burnoff.
Además, del criterio de Burnoff existen dos criterios considerado en el trabajo de
Amin, los cuales no fueron tomados en cuenta en el presente trabajo, estos son:
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
22
1.4.1.2.- Criterio de la transferencia metálica
El cual establece que a pesar de que todas las condiciones del pulso expresadas
por la ecuación 5 en la zona paramétrica podrían satisfacer el criterio de “Burnoff”,
algunas combinaciones podrían no producir transferencia metálica tipo spray, si IP
e IB no fuesen suficientemente aptas como para transmitir el volumen de gota
requerido. Así que la zona paramétrica debe ser limitada para lograr satisfacer el
criterio de la transferencia metálica.
1.4.1.3.- Criterio de estabilidad del arco
Este es el último criterio del este método y se basa en la necesidad de limitar la
corriente base debido a que el arco no es estable para todos los valores de este
parámetro, sobre todo en los valores más bajos.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
23
1.5.- Metalurgia de la soldadura de los aceros de alta resistencia al
Carbono-Manganeso
La American Welding Society (AWS)(11) en su publicación dice que la metalurgia
de la soldadura involucra varios pasos, como: solidificación, reacción gas-metal,
fenómeno de superficie, y reacciones en estado sólido que ocurren rápidamente
durante el proceso.
La soldadura de una junta que esta constituida por diferentes zonas las cuales
son: cordón de soldadura, zona afectada por el calor (ZAC) y metal base no
afectado térmicamente.
1.5.1.- Cordón de soldadura
Es la zona que a sido fundida durante el proceso de soldadura, y esta compuesta
del material de aporte y el material base, cuando algunas soldaduras no poseen la
aportación de material (electrodos consumibles), por ejemplo la soldadura bajo el
proceso TIG, sin material de aporte.
La composición química del cordón dependerá de la composición química del
material base y aporte, también dependerá de la dilución entre estos. Los
elementos tales como el oxigeno, el nitrógeno y el hidrogeno pueden aparecer
como contaminantes, cuando el metal fundido no es protegido correctamente de la
atmósfera, según la AWS(11).
1.5.2.- Zona afectada por el calor
Es la zona del material base, que está adyacente al metal fundido, y por lo tanto,
es susceptible al calor generado durante el proceso de soldadura (figura 9), esta
zona se puede determinar realizando un perfil de dureza.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
24
Los fenómenos metalúrgicos que ocurren en esta zona son caracterizados por los
ciclos térmicos que sufre el material, y dependen de la cantidad de calor
suministrado durante el proceso de soldadura, la temperatura de material base
antes de realizar la soldadura, del espesor y la geometría de la junta soldada.
Mediante el control de los dos primeros factores se pueden modifica, en cierta
forma, la característica de la zona afectada por el calor
Defectos ocasionados por el ciclo térmico:
• Cambios microestructurales.
• Variación en las propiedades mecánicas.
• Disminución de la resistencia a la corrosión.
• Generación de esfuerzo residuales.
Figura 9. Representación de la zona afectada por el calor.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
25
1.5.3.- Suministro de calor
El suministro de calor durante el proceso de soldadura es un factor que afecta la
temperatura y velocidad de enfriamiento del cordón de soldadura y la zona ZAC .
Al aumentar el suministro de calor, se obtiene mayor temperatura y mayor
velocidad de enfriamiento.
Los factores que determinan la entrada de calor en un procedimiento son: La
intensidad de corriente de soldadura, voltaje de soldadura y velocidad de avance.
1.5.4.- Metal base no afectado
Esta es la tercera zona de un proceso de unión de juntas por soldadura, y además
es la zona no sufre cambio alguno en el proceso.
1.5.5.- Descripción de la zona afectado por el calor
Cuando se realiza un procedimiento de soldadura, la velocidad de enfriamiento es
violenta, lo que quiere decir que existirá una distribución de tamaño grano no
uniforme alrededor del cordón. La zona que esta adyacente al cordón (ZAC) se
puede dividir en 5 sub-zona las cuales son:
a. Zona de fusión incompleta: esta zona se calienta hasta temperatura
elevadas y se forman granos gruesos
b. La siguiente zona es el campo de sobre calentamiento, en el cual la
temperatura a disminuido; por lo tanto, disminuye también el tamaño de
grano.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
26
c. Campo del normalizado: los granos en esta zona son finos, ya que, el
tiempo de calentamiento no es lo suficientemente largo para que se
produzca el crecimiento de los granos austenítico.
d. Zona de recristalización: Los granos son todavía mas pequeños que la zona
anterior, esto es debido, a la influencia de la temperatura
e. Zona de fragilidad azul: se caracteriza por una recuperación de los granos
deformados.
Todas estas zonas se ven afectadas por el contenido de carbón y de los
elementos de aleación de los aceros. La zona afectada por el calor modifica
notablemente la estructura y las propiedades mecánicas del metal base (AWS(11)).
1.5.6.- Absorción de gases
Los gases que afectan principalmente en forma desfavorable a las uniones
soldadas son: oxigeno, nitrógeno y hidrógeno. El oxigeno y el nitrógeno provienen
del aire y el hidrógeno de la humedad ambiental o por la humedad absorbida por
el material de aporte.
• Oxigeno: es un elemento muy reactivo, esta reactividad se puede detener con
Mn, Si. El oxigeno libre en la soldadura forma C02, este gas puede ocasionar
porosidades (esféricas o vermicular), por lo que se debe dar el tiempo de
solidificación necesario para que este se desprenda.
• Nitrógeno: El acero fundido tiene capacidad de disolver grandes cantidades
de nitrógeno, esto puede dar formación de nitruros, que aumenta la carga a la
ruptura, el limite elástico y la dureza, pero disminuye la ductilidad; puede
provocar fisuras en el cordón y en la zona afectada térmicamente.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
27
• Hidrógeno: Este elemento también se puede disolver en grandes cantidades
en el acero, cuando el acero pasa de la fase austenita a la ferrita y está
cargado de hidrógeno provoca fisuras en el cordón.
1.6.- Soldabilidad de los aceros al carbono y de baja aleación
Los aceros al carbono y de baja aleación presentan ciertas características en su
soldabilidad, las cuales se exponen a continuación:
1.6.1.- Agrietamiento inducido por hidrógeno
Generalmente ocurre a temperaturas por debajo de 95 ºC durante el enfriamiento,
o después de un periodo de horas y en algunos casos hasta de días. El tiempo
para que ocurra el agrietamiento depende de varios factores tales como; tipo de
acero, magnitud de la tensiones en la soldadura y contenido de hidrógeno en el
cordón y en la ZAC.
La microestructura del acero al carbono también es un factor que puede generar el
agrietamiento en frío o por hidrógeno, disuelto y atrapado en pequeños espacios
existentes en el cordón o en la ZAC. El mecanismo que explica como el hidrógeno
produce el agrietamiento se describe a continuación:
• El hidrógeno es introducido y disuelto en el baño como hidrógeno atómico.
• A medida que el cordón de soldadura se enfría, este comienza a
sobresaturarse con el hidrógeno, haciendo que cierta cantidad de este
difunda hasta la ZAC. El agrietamiento en frío ocurre mas comúnmente en la
ZAC debido a que el hidrógeno que entra en el baño de fusión difunde
rápidamente en la ZAC y además, muchos metales de aporte tienen menor
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
28
contenido de carbono que el metal base para una buena soldabilidad,
haciendo más susceptible la microestructura de la ZAC.
• Bajo un enfriamiento rápido, el hidrógeno no tiene el tiempo suficiente para
difundir desde la ZAC hasta la superficie libre, quedando por lo tanto
atrapado en la ZAC; además, el enfriamiento rápido incrementa el chance de
que ocurra una transformación de austenita a martensita en la ZAC.
• El hidrógeno atómico es insoluble en la martensita por lo cual el difunde y se
segrega en las discontinuidades: vacancias, intersticios, poros, inclusiones y
otras discontinuidades microscópicas. Estas discontinuidades son trampas
efectivas del hidrógeno y pueden reducir severamente el coeficiente de
difusión del mismo.
• Cuando son aplicados esfuerzos el hidrógeno atrapado difunde a
temperaturas ambiente hasta las regiones de mayores esfuerzo de tensión;
siendo estas regiones las micro grietas o discontinuidades pre-existentes que
actúan como sitios de concentración de esfuerzo. Luego que la concentración
de hidrógeno en ó cerca de la punta de la discontinuidad alcanza aplicados
externamente o esfuerzos residuales en el material. Se cree que el hidrógeno
causa una severa reducción en la energía cohesiva entre los átomos de
hierro que se encuentran al frente de la discontinuidad, iniciándose de esta
forma el agrietamiento. La propagación de las grietas ocurre en discretos
estallidos o paso, los cuales se repiten cuando hidrógeno fresco difunde al
frente de la punta de la grieta. A bajo valores de intensidad de esfuerzo el
agrietamiento es adecuado para seguir una trayectoria intergranular entre
granos previos de austenita transformados en martensita; mientras que con
alto valores de intensidad de esfuerzo la trayectoria de la grieta puede ser
transgranular.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
29
1.6.2.- Agrietamiento en caliente
Este termino abarca las grietas que se forma mientras la soldadura esta
solidificando ó cuando la misma es recalentada. Puede ocurrir como resultado del
efecto combinado de la contracción térmica característica de cualquier proceso de
soldadura que involucre calentamiento localizado y enfriamiento, con la falta de
ductilidad del metal a temperaturas elevadas como para soportar dichas tensiones.
Cuando las grietas en calientes se manifiestan en el cordón de soldadura se
denomina grieta de solidificación y ocurre en la ZAC se denomina grieta de fusión
de borde de granos.
1.6.3.- Grietas de solidificación
Se forma como consecuencia del efecto combinado de factores mecánicos y
químicos, es decir, su aparición esta afectada por la tecnología de la soldadura
aplicada y por la composición del metal de soldadura. Cuando la composición
química es desfavorable es factible evitar las grietas de solidificación mediante
una cuidadosa elección de las condiciones de soldadura. Por otra parte, la falta de
cuidado en la ejecución de la operación de soldadura puede resultar en
agrietamiento, aun en metales que satisfagan estándares normales de
composición.
Las grietas de solidificación aparecen en el cordón de soldadura tanto en forma de
grietas como microgrietas intergranulares, las cuales no siempre alcanzan la
superficie del metal.
Las grietas pueden ser longitudinales en el centro del cordón, orientadas en la
solidificación de la pileta liquida, donde el centro de la soldadura es lo ultimo en
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
30
solidificar, constituyendo la parte mas débil a la temperatura en la cual se forma la
grieta. También pueden presentarse grietas inclinadas y grietas en el cráter.
Durante la soldadura el metal base es mojado por el metal fundido generando la
pileta liquida, siendo la composición entre ambos similar al metal base que actúa
como un sustrato sobre el cual puede crecer una estructura de solidificación, de
esta manera, el liquido simplemente cede su calor latente de fusión y los átomos
ocupan posiciones correspondientes en los sitios de red cristalina, extendiendo
esta estructura desde el sólido. Este crecimiento se denomina epitaxial y la
dirección preferencial de crecimiento de grano será aproximadamente paralela al
máximo gradiente de temperatura.
La microestructura producida por la solidificación de la pileta liquida alargada es
particularmente sensible al problema de agrietamiento en caliente. El encuentro de
la zonas concentradas en elementos residuales, producidas por segregación
durante la solidificación en el centro produce grietas centrales en el cordón.
La presencia de impurezas como el azufre, contribuye a la formación de grietas en
caliente por intermedio de compuesto de bajo punto de fusión como el sulfuro de
hierro que se segrega hacia los bordes de granos y solidifica a 985 ºC, reduciendo
la cohesión. El agrietamiento en caliente es frecuente en aceros con contenido de
0,1 a 0,5% de azufre.
Afortunadamente, el Manganeso tiene mayor afinidad con el azufre para formar
sulfuros en manganeso (SMn), con puntos de fusión elevados, reduciendo
notablemente el riesgo de agrietamiento. Para ser efectiva en la prevención del
agrietamiento, la relación Mn:S en el metal de soldadura debe ser 20:1 como
mínimo. Elementos como P, Si, C Y Ni también contribuyen al agrietamiento en
caliente mediante diversos mecanismos.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
31
Las tensiones originadas en la soldadura resultan de la contracción del metal de
soldadura durante su solidificación, estando embridado por el material circulante
que se mantiene mas frió. El agrietamiento en caliente es mas probable que
ocurra en cordones de raíz debido al tamaño pequeño de estos comparado con la
masa del material a soldar.
1.6.4.- Grietas de fusión de bordes de granos
Las tensiones propias de la soldadura y una composición particular del material
pueden generar descohesión de granos del metal en la región adyacente a la línea
de fusión. Normalmente se encuentran como microgrietas no detectadas a simple
vista, sino visibles a los líquidos penetrantes o al microscopio.
Durante el ciclo de temperatura alcanzado por el metal cerca de la línea de fusión,
las inclusiones de sulfuros tienden a segregarse en los bordes de granos en forma
de películas liquidas, lo que disminuye notablemente la resistencia de esta zona.
Un acero que se fragilaza de esta manera se denomina “quemado”. Para disminuir
notablemente el riesgo a este tipo de agrietamiento, los materiales a seleccionar
deben tener en lo posible una relación Mn: 50 ó más, según Benzo y
Capodicasa(12)
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
32
1.7.- Discontinuidades en la soldadura FCAW
Las discontinuidades son interrupciones en la estructura física de la soldadura. Se
considera que las discontinuidades son defectos cuando constituye peligro para el
funcionamiento idóneo de la soldadura.
Por definición, un defecto es una condición que debe ser removida o corregida. La
palabra “defecto” debería ser cuidadosamente usada, ya que implica que la
soldadura es defectuosa y requiere medidas correctas o su rechazo de este modo,
algunas reparaciones pueden ser hechas innecesariamente sin un criterio de
ingeniería validos que las sostenga. Consecuentemente, en ingeniería se utiliza el
termino discontinuidad o imperfección en lugar de defecto.
La significación de la discontinuidad en la soldadura debe ser visto bajo el
contexto de la idoneidad para el propósito que debe cumplir la soldadura o
ensamble soldado; siendo esta idoneidad un balance entre la calidad, confiabilidad
y economía del procedimiento de soldadura.
Existen normas y códigos de aceptación que son usados cuando una
discontinuidad ha sido claramente localizada, identificada, medida, determinada su
orientación y su significancia estructural cuestionada. Se considera que una
discontinuidad es aceptable cuando la misma no sacrifica la confiabilidad de la
soldadura o ensambles soldado, según Benzo y Copadicasa(12).
1.7.1.- Tipos de discontinuidades
La presencia de discontinuidades superficiales o internas en la soldadura pueden
ir en detrimento del desempeño de la soldadura, si excede ciertas características
(defectos). Existen amplia información sobre la manera de detectar las causas y
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
33
formas de prevenir los defectos 13,14 y 15. Los defectos típicos hallados en
soldaduras son:
• Porosidad
• Socavadura
• Solapamiento
• Falta de penetración y fusión
• Rechupes
• Fracturas en el cráter
• Exceso de penetración
• Fractura en caliente
• Inclusiones por retención de escoria, virutas o defectos presentes en el
material de inicio
Grietas de cráteres: se origina en los cráteres de la soldadura (cavidades que
quedan al comienzo o al final del proceso). Si existe una grieta en una soldadura
inconclusa, al continuarla se debe refundir el metal en la grieta y luego seguir el
soldado. Estos defectos, pueden ser longitudinales, transversales o en forma de
estrellas.
Grietas por tensión: Es el resultado de los esfuerzos residuales durante el
enfriamiento de estructuras rígidas, que pueden ocurrir en cualquier zona del
cordón. Estos defectos pueden empezar en el cordón y terminar en la zona
afectada por el calor (ZAC). Generalmente, son transversales en la soldadura de
un solo pase, y longitudinales en la soldadura de pases múltiples (figura 10).
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
34
Figura 10: Grieta por tensión (Fuente TWI)
Porosidades: Son cavidades internas y superficiales (figura 11) que se forman en
el metal depositado, ocasionadas por el gas atrapado durante la solidificación.
Elementos tales como el azufre, plomo y selenio en el metal base y
contaminaciones externas, tales como, aceites, grasas, pintura, herramienta y
humedad en el área a soldar pueden incrementar las porosidades en el cordón.
Los poros pueden tener distintas formas y medidas con construcciones o
expansiones. La distribución de las porosidades en la soldadura puede ser
alineadas, agrupadas, o uniformemente distribuidas.
Los factores que se deben considerar para minimizar la porosidad están
relacionadas con la eliminación de la herrumbre, pintura, grasas, aceites,
humedad de la superficie; el control del arco eléctrico, con longitud del baño de
fusión, los gases de protección, selección y uso del material de aporte, etc.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
35
Figura 11. Porosidades internas y superficiales (A: Poros Internos y B: Poros superficiales)
(Fuente TWI)
Inclusiones de escoria (figura 12): Son inclusiones metálicas y no metálicas,
atrapados en el metal depositado, ó entre el metal depositado y el metal base. La
mayoría de la veces son de forma no planas y pueden presentarse como globular
de pequeños y gran tamaño y como bandas alargadas. Su distribución en el metal
depositado puede ocurrir aleatoriamente como partículas aisladas o como lineas
de inclusiones continúa e intermitente, paralela al eje de la soldadura.
Este tipo de discontinuidades ocurre en la soldadura de los aceros, fabricada
mediante los procesos de: electrodo revenido (SMAW), arco sumergido (SAW) y
electrodos tubulares con gas de protección (FCAW). La escoria resulta de la
reacción química entre los elementos presentes en el baño de metal fundido y el
revestimiento protector o Flux.
La soldadura de múltiples pases son mas propensas a las inclusiones de escoria
que las soldadura de un solo pase. El atrape de la escoria puede ocurrir cuando la
misma se mezcla con el baño de fusión ó cuando la escoria presente en la
superficie no es completamente removida, cubriéndose los pases sucesivos.
A
B
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
36
Los factores que afectan el atrape de la escoria están relacionados con la
velocidad de enfriamiento, temperatura, viscosidad, agitación y geometría de la
junta.
Las escorias deben ser removidas de la superficie de la soldadura mediante el uso
de un cincel, cepillo de alambre, esmeril etc. Para eliminar la escoria atrapada se
debe mantener un tiempo extra el baño de fusión, permitiendo así que la escoria
alcance la superficie.
Figura 12. Inclusiones de escoria (Fuente TWI)
Falta de penetración y fusión (figura 13 y 14): coalescencia incompleta de
alguna porción entre el metal depositado y el material base o entre dos capas
contiguas de metal depositado.
Estos defectos ocurren cuando es insuficiente el calor absorbido por el metal
adyacente a la soldadura, causando una fusión incompleta en la interfase metal
base metal de aporte, o entre pases sucesivos. La falta de fusión usualmente es
alargada en la dirección de la soldadura, con bordes agudos o redondeados,
dependiendo de las condiciones de formación.
Para prevenir la falta de fusión y de penetración, el calor aportado debe ser
incrementado para permitir la fusión total entre el metal depositado y el metal
base, así como entre pases sucesivos en juntas de pase múltiples. La geometría y
separación de las juntas deben permitir un control apropiado del arco y del acceso
Inclusión deescoria
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
37
para el electrodo. La superficie de la junta a soldar debe ser limpiada de todos los
contaminantes.
Figura 13. Representación de una soldadura con falta de penetración (Fuente TWI)
Figura 14. Falta de fusión (Fuente TWI)
Socavamiento (figura 15): Es la falta de metal en los bordes de la soldadura, en
forma de surco de longitud variable. Es una garganta localizada en el borde de la
soldadura, que ocurre cuando el metal depositado no llena completamente la
abertura en la superficie de la junta para formar un empalme liso en los bordes del
cordón.
Las socavadura causan algunas veces molestias porque producen una elevación
en los esfuerzos, que pueden crear problemas cuando se encuentre sometida a
impacto, fatiga y servicio a baja temperatura.
Figura 15. Socavamiento (Fuente TWI)
Socavamiento
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
38
1.8.- Ensayos no destructivos (END)
Es un mecanismo tecnológico que involucra una serie de métodos que permiten
obtener información sobre propiedades, estructura y condición de un material o
componente, sin modificar su aptitud para el servicio(17).
1.8.1.- Objetivos de los END
• Detectar discontinuidades en materiales y estructuras sin destrucción de los
mismos.
• Determinar la ubicación, orientación, forma, tamaño y tipo de discontinuidad.
• Establecer la calidad del material, basándose en el estudio de los resultados
y en la severidad de las discontinuidades y/o los defectos de acuerdo a las
normas de calidad y los objetivos del diseño de calificación.
Las técnicas de END se pueden clasificar en:
• Técnica de Inspección Superficial
• Técnica de Inspección Volumétrica
• Técnicas de Inspección de la Integridad o Herramienta
La norma API 1104, incluye criterios para la aceptación de soldaduras en aceros
basándose en un número de defectos como penetración inadecuada, fusión
incompleta, concavidad interna, exceso de penetración, inclusiones de escoria y
porosidad.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
39
El criterio de aceptación de la API 1104 para las discontinuidades es:
Inclusiones de escoria; la inclusiones elongada no deben tener un ancho mayor
a 1,6 mm, teniendo límite de 50 mm por cada 305 mm de soldadura.
Inclusiones aisladas, anchura superior a 3,2mm, 105mm de inclusiones de
escoria aisladas por cada 305mm (12in) de soldadura. Las indicaciones acerca de
la longitud agregada de inclusiones de escoria aisladas no deberán exceder dos
veces el menor espesor nominal de la pared y el ancho no deberá exceder la
mitad del menor espesor de las paredes unidas.
1.8.2.- Técnica de inspección superficial
Mediante esta solo se puede comprobar la integridad superficial de un material.
Por tal razón su aplicación es conveniente cuando es requerido detectar
discontinuidades que están en la superficie abierta o en profundidades menores
de 3mm. Este tipo de inspección se realiza por medio de los siguientes END .
• Inspección Visual (VT)
• Líquidos Penetrantes (PT)
• Partículas Magnéticas (MT)
• Electromagnetismo (ET)
1.8.3.- Técnicas de inspección volumétrica
Su aplicación permite conocer la integridad de un material en su espesor y
detectar discontinuidades internas que no son visibles a simple vista. Este tipo de
inspecciones se realiza por medio de cualquiera de los siguientes ensayos:
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
40
• Radiografía Industrial (RT)
• Ultrasonido Industrial (UT)
• Radiografía Neutrónica (NT)
• Emisión Acústica (AET)
1.8.4.- Inspección Visual
Es una técnica, que requiere de gran cantidad de información sobre las
características de la pieza a ser examinada. Cuando se aplica correctamente
como inspección preventiva, detecta problemas que pudieran ser mayores en los
pasos subsecuentes de producción o durante el servicio de la pieza. La inspección
la debe realizar un personal bien entrenado.
Según Dallam(16), esta técnica es importante debido a que permite evaluaciones
macrocaracterísticas especificas de una soldadura, tales como:
• Altura: la altura de una soldadura debe ser apropiada para la pieza.
• Localización: una soldadura incorrectamente localizada podría impedir que la
pieza funcione correctamente. Un ejemplo no tan extremo es una soldadura a
filete con lados de diferente longitud, lo que provoca una distribución desigual
de fuerzas y por tanto una ruptura laminar.
• Uniformidad: la distorsión, la posibilidad de retener escoria en soldaduras de
múltiples pasos y la distribución uniforme del esfuerzo al soportar carga,
dependerán de la uniformidad relativa de la soldadura.
• Defectos: idealmente, una soldadura debería estar libre de defectos
macroscópicos. Entre los defectos comunes están: socavadura, falta de
fusión, pequeños poros y retención de escoria.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
41
• Altura de Cara: una soldadura debería tener una cara relativamente plana. Si
la cara es demasiado convexa, el esfuerzo se concentrará en el pie de la
soldadura. Si por el contrario, una cara demasiado cóncava hará que el
esfuerzo se concentre en la garganta de la soldadura.
1.8.5.- Líquidos penetrantes
La inspección por líquidos penetrantes se emplea para detectar e indicar
discontinuidades que afloran a la superficie de los materiales examinados.
Consiste en aplicar un liquido coloreado o fluorescente a la superficie a examinar,
el cual penetra por discontinuidades del material debido al efecto de capilaridad.
Después de cierto tiempo, se remueve el exceso de liquido y se aplica un
revelador, (generalmente polvo blanco) que absorbe el liquido que ha penetrado
en la superficie y sobre la capa de revelado se delinea el contorno de ésta.
1.8.5.1.- Secuencia de la inspección
Para la inspección por líquidos penetrantes se debe realizar varias operaciones
previas, las cuales son:
• Limpieza previa: En toda pieza o componente que se inspeccione por este
método, se deben eliminar de la superficie los contaminantes, sean óxidos,
grasas, aceites, pinturas, etc.
• Aplicación del penetrante: El penetrante se aplica de forma que humedezca
totalmente la superficie que se va a inspeccionar (dependiendo del tamaño
de la pieza, de su área y de la frecuencia del trabajo). Eliminación del exceso
de penetrante: Consiste en la eliminación del exceso de penetrante que no se
introdujo en las discontinuidades. Esta etapa reviste gran importancia pues
de ella depende en gran parte de sensibilidad del método.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
42
• Aplicación del revelador: La función del revelador es absorber o extraer el
penetrante atrapado en la discontinuidades, aumentando o provocando la
visibilidad de la sindicaciones.
• Tempo del revelado: Para que las discontinuidades se puedan revelar debe
transcurrir un determinado tiempo, que dependerá del tipo de revelador
utilizado.
• Interpretación y evaluación: Después que a transcurrido el tiempo de
revelado la pieza está en condiciones de ser evaluada.
• La calidad de la inspección dependerá principalmente de la norma de
aceptación, de la habilidades y de la experiencia del inspector para encontrar
y evaluar las indicaciones presentes en la pieza.
• Limpieza final: Después de culminar la inspección, debe limpiarse la
superficie de la pieza. Este paso se puede realizar mediante un enjuague con
agua a presión, por inmersión o mediante un removedor, con el objetivo de
eliminar el resto del liquido penetrante.
1.8.5.2.- Ventajas del uso de los líquidos penetrantes
La inspección por líquidos penetrantes es extremadamente sensible a las
discontinuidades abiertas a la superficie.
• La configuración de la pieza a inspeccionar no representa un problema para
la inspección
• Son relativamente fáciles de emplear
• Brinda muy buena sensibilidad
• Son económicos
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
43
• Son rápidos en cuanto a la aplicación, además de que el equipo puede ser
portátil
1.8.5.3.- Limitanten de los líquidos penetrantes(17)
• Solo son aplicables a defectos superficiales y a materiales no porosos.
• Se requiere de una limpieza previa, a la inspección.
• No se proporciona un registro permanente de las pruebas no destructivas.
• Los inspectores deben tener amplia experiencia.
• Requiere de la combinación de revelador y penetrante además para
garantizar sensibilidad del método.
1.8.6.- Radiografía(17)
La inspección por radiografía es un proceso no destructivo del tipo físico, diseñado
para detectar discontinuidades macroscópicas y variaciones en la estructura
interna o configuración física del material.
Se basa en la interacción entre la materia y la radiación electromagnética, siendo
esta última de una longitud de onda muy corta y de alta energía.
Durante la explosión radiográfica, la energía de los rayos X o gamma, es
absorbida o atenuada al atravesar el material inspeccionado. Esta atenuación es
proporcional a la densidad, espesor y configuración del material que atraviesa.
La radiación ionizante que logra pasar el objetivo, puede ser registrada por medio
de impresión en una placa o papel fotosensible, que posteriormente se somete a
revelado para obtener la imagen del área inspeccionada; o bien, por medio de una
pantalla fluorescente o tubo de video, para después analizar su imagen en una
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
44
pantalla de televisión o grabarla en una cinta de video. En terminos generales, es
un proceso similar a la fotografía, con la diferencia principal de que la radiografía
emplea rayos X o gamma y no energía luminosa, como lo hace la fotografía.
1.9.- Ensayos destructivos
Son aquellos ensayos que originan la destrucción de la muestra o por lo menos
una sección de esta. La finalidad de estos ensayos es comprobar que una
soldadura presente aptitud para su empleo, según una norma especifica; es decir,
que las propiedades mecánicas o químicas cumplan con los requisitos
establecidos en la norma.
Son utilizados para calificar el procedimiento de soldadura y soldadores, también
para determinar las propiedades mecánicas tanto del material base como del
material de aporte.
1.9.1.- Tipo de ensayos
La norma API 1104 establece los siguientes ensayos no destructivos para la
calificación de una soldadura:
• Inspección Visual
• Inspección por ultrasonido
• Inspección por Radiografía
Ensayo de tracción: La prueba de tracción es la que se usa frecuentemente, para
determinar las propiedades mecánicas de materiales y consiste en aplicar una
fuerza de tensión a un material hasta la ruptura.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
45
El esfuerzo y el alargamiento se mide continuamente a medida que aumenta la
carga y como resultado de este ensayo se obtiene un diagrama de esfuerzo Vs
deformación.
Variables importantes en el ensayo:
• Tipo de probeta
• Número, geometría y dimensiones de la probeta
• Calibración del equipo
• Velocidad de aplicación de la carga
Ensayo de impacto: La prueba de impacto nos indica la tenacidad de un material,
siendo esta, la capacidad que tiene un material de absorber energía. Este ensayo
se realiza sometiendo una probeta a un impacto, en esta prueba se registra la
cantidad de energía absorbido por el material. El ensayo de impacto se puede
realizar a diversas temperaturas.
Variables Importantes del ensayo:
• Tipo de probeta
• Número, geometría y dimensiones de la probeta
• Calibración del equipo
• Posicionamiento de la probeta
• Temperatura del ensayo
Ensayo de doblez: El objetivo básico del ensayo de doblado es determinar la
calidad, y ductilidad de la soldadura y se realiza doblando una probeta en forma de
U y luego se evalúa la superficie doblada. Este ensayo para calificar procedimiento
de soldadura.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
46
Variables importantes en el ensayo de doblado:
• Tipo de probeta
• Número, geometría y dimensiones de la probeta
• Colocación de la muestra
• Dimensión del dispositivo del doblado
1.10.- Especificación del procedimiento de soldadura (EPS)
La EPS es un procedimiento de soldadura calificado que proporciona las
directrices para elaborar una soldadura de producción y/o reparación, según los
requerimientos.
1.10.1.- Contenido de un EPS
En una EPS se deebe considerar todas las variables esenciales, no esenciales y
en algunos casos las variable esenciales suplementarias, para cada proceso de
soldadura.
1.10.2.- Cambios en el EPS
Los cambios pueden ser hechos en variables no esenciales de un EPS, sin la
necesidad de reclasificar, mientras que una modificación de las variables
esenciales o esenciales suplementarias requiere reclasificación del EPS.
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
47
1.10.3.- Formato
La información dada en la EPS puede estar en cualquier formato, que satisfaga las
necesidades de cada fabricantes.
1.10.4.- Disponibilidad de la EPS
Una EPS esta disponible en el sitio de fabricación para consultar y revisión por el
personal autorizado.
1.11.- Registro de calificación del procedimiento (RCP)
Un RCP es un registro de la calificación del procedimiento de los datos de
soldadura usados para la elaboración del cupón de prueba, y de los resultados de
los ensayos aplicados a las diferentes probetas.
1.11.1.- Contenido del RCP
El RCP debe documentar todas las variables esenciales y cuando sea requerido
las variables suplementarias, las variables no esenciales y otras usadas durante la
soldadura del cupón de prueba, puede ser registrada a opción del fabricante.
1.11.2.- Cambios del RCP
Los cambios al RCP no son permitidos. El RCP es un registro de la que ocurrió
durante una prueba particular de la soldadura
CAPITULO I FUNDAMENTO TEÓRICO
48
1.11.3.- Formato del RCP
La información requerida para estar en el RCP, puede estar en cualquier formato
que satisfaga las necesidades de cada fabricante. También debe ser enlistados
los tipos números y resultados de los ensayos aplicados a la probetas.
1.11.4.- Disponibilidad del RCP
Los RCP usados para soportar los EPS deben estar a la disposición, bajo
solicitud, para ser revisados por el personal autorizado, no es necesario que este
disponible para el soldador.
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
50
I I .-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Figura 16. Diagrama de flujo
Procedimiento Experimental
Preparación de las Juntas
Caracterización Química y Mecánica(Material Base y Aporte)
Realización de los Cupones de Prueba
Inspección Visual
Inspección por Líquidos Penetrantes
Inspección por Radiografía
Ensayos Destructivos
Ensayos No Destructivos
Microestructura Ensayo Charpy Ensayo Tracción Ensayo de Doblez
Selección de los Parámetros de Soldadura para laTransferencia Pulsada
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
51
2.1.- Descripción de la máquina de soldadura(18)
Se empleó una fuente de soldadura multiproceso MTE DIGITEC 300, proveniente
de LABSOLDA/Brasil. En la figura 17 se muestra la fuente eléctrica y en la figura
18 un detalle del panel de control de la misma. Esta fuente, fue diseñada para
operar GMAW (MIG/MAG) con transferencia metálica de arco pulsado.
Figura 17. Equipo de soldadura MTE DIGITEC 300
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
52
Figura 18. Panel de control
Registro de los oscilogramas y parámetros de soldadura, para la adquisición y
almacenaje de los datos de los parámetros de soldadura con transferencia
pulsada usados dentro esta investigación se empleó un programa denominado
OSCILOS versión 4.0 que implementa un osciloscopio digital, incorporado dentro
de una computadora, el cual permite realizar funciones especificas para el análisis
de procedimientos de soldadura. Este programa, funciona mediante la instalación
de unos sensores electrónicos a la fuente de soldadura que permiten registrar la
corriente, voltaje, velocidad de alimentación del alambre y flujo de gas.
A través de los registros tomados por estos sensores la computadora presenta en
la pantalla el oscilosgrama del proceso mediante el cual podemos monitoriar los
parámetros y comportamiento del arco de soldadura. A través de estos registros
es posible obtener y analizar los oscilosgramas de corriente y tensión así como la
variación en la tasa de alimentación del alambre y flujo del gas, cálculo de
potencia y energía aportada por el arco.
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
53
2.2.- Material de aporte
El material de aporte empleado fue un alambre tubular de 1,6 mm de diámetro,
marca LINCOLN ELECTRIC, denominado Outershield 71-M para aceros al
carbono el cual tiene un requerimiento AWS E71T-1 y una composición química:
Cuadro 1. Composición química del Material de Aporte
%C %Si %Mn %S %P
AWS E71T-1 0,18 0,9 1,75 0,03 0,03
La información referente a las especificaciones del material de aporte se muestran
en el Anexo.
2.3.- Caracterización del material base y depósito
Se realizó el Análisis Químico para determinar el contenido de Carbono (C), Silicio
(Si), Manganeso (Mn) y Azufre (S); expresados en porcentaje en peso. Para
determinar la presencia de Si y Mn se utilizó el método de Absorción Atómica por
Espectrofotometría de Llama y para el C y S el método gasométrico usando el
equipo (LECO).
2.4.- Selección de los parámetros del arco pulsado
Este procedimiento, se realizó con la ayuda del método que reseñado por Amin(9)
utilizando el Criterio de Burnoff (1.4), considerando el método de ensayo y error,
tomando en cuenta las siguientes consideraciones:
• La distancia tobera – pieza fijada en 15 mm
• La utilización de una mezcla de gas fija de 80% Ar y 20% CO2 (AGAMIX 20)
con un flujo de 12 lts/min
Seguidamente, se procedió a soldar en diferentes velocidades de alimentación
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
54
(VA), para una transferencia convencional y pulsada, obteniéndose la intensidad
promedio (IM) para cada una de las diferentes VA, a continuación se gráfico las
datas experimentales derivadas del proceso (VA en el eje de las abscisas y IM en el
eje de las ordenadas), para la transferencia pulsada y convencional.
Posteriormente se ubicó el punto de intersección (punto transición entre la
transferencia Spray-pulsada y grobular), tal como se describe en la figura 19.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Velocidad de Alimentación (Wf) [m/min]
Inte
nsi
dad
Pro
med
io (
Im)
[Am
p]
Figura 19. Esquema de la gráfica requerida para determinar el punto de trabajo(5)
Con la determinación del punto de transición, se procedió a la elección de una
velocidad de alimentación (VA) mayor a la del punto, dentro de la transferencia
spray, y se determinó su correspondiente intensidad media IM. Posteriormente,
por medio de un analizador de imagen se calculó el diámetro metálico del alambre,
es decir, el espesor de la carcasa o concha metálica (ECM) del electrodo (igual al
radio del alambre menos el radio del flux, figura 20).
Transferencia SprayTransferenciaCorto Circuito
TransferenciaConvencional
Intersección(punto de transición)
TransferenciaPulsada
Amperaje mediode equilibrio
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
55
Figura 20. Sección transversal del electrodo
Seguidamente, se calculó el volumen de la gota desprendida (VD); por medio de la
ecuación 2, asumiendo que la gota tiene forma esférica y un diámetro (Dd) igual al
doble del espesor de la concha metálica (ECM), implica ECM igual al radio (r)
3..
3
4CMD EV π=
Con el volumen de la gota, se determinó el período o tiempo del ciclo (tC), que es
igual a suma entre el tiempo de pico (tp) y el tiempo de base (tb) ), por medio de la
ecuación 3:
A
D
CVd
Vt
..
.2402π
=
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
56
Posteriormente, se procedió con los datos originados por las ecuaciones [4] y [3]
(IM: Intensidad media y tC: Tiempo de ciclo, respectivamente) a aplicar la ecuación
[5]. En donde, se varia el tP con una razón de 0,5 mseg entre 0,45 y 10,45 mseg,
tal que:
B
P
M
P
P It
tI
t
tI
CC
.1.
−−
=
Con los datos generados se construye el gráfico IB Vs IP (Zona paramétrica, igual
a la observada en la figura 8) para los diferentes tP calculados.
Elaborado el gráfico IB vs. IP, inmediatamente se procedió a la delimitación de la
zona de la siguiente manera:
a. Se tomarán valores de IB entre 20-110 amp con una progresión aritmética
de 10 amp.
b. Se determinaron los cortes de las diferentes curvas tP con la vertical que
pasa por el valor escogido de IB.
c. Se determinaran las intensidades pico de los puntos encontrados en (b),
para cada curva tP hasta IP = 450 amp (limite de la maquina de soldadura).
d. Realizado esto, se insertaron los parámetros de soldadura (VA, tB, tP, IB, IP)
en el microprocesador de la maquina de soldadura, procediéndose a la
realización de la soldadura sobre chapa de acero al carbono.
e. Se registraron las observaciones pertinentes durante y después de la
soldadura, tales como, características del cordón, existencia de corto
circuito con la ayuda de los oscilogramas (grabado durante el proceso) e
iniciación del arco, identificándose cada punto; para la delimitación de la
zona de soldadura.
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
57
Seguidamente, se procedió a elegir 12 parámetros de la zona delimitada en el
gráfico IP Vs Ib, tomando en cuenta la calidad superficial, remoción de escoria y la
forma del cordón.
Luego se procedió a la realización de dos cordones de soldadura por cada
parámetro, sobre un chapa de acero al carbono. Posteriormente, se cortaron los
dos cordones realizados por la mitad en dirección perpendicular a la dirección de
soldadura (figura 21),
Figura 21. Cortes de las probetas para la selección del mejor parámetro de pulso
Para el macroataque se utilizó nital en alcohol al 3% atacándola durante 1 minuto
aproximadamente, se tomó una macrografía ampliada en un analizador de imagen
para la determinación de la penetración del cordón.
2.5.- Preparación de los Cupones de Pruebas
Se maquinaron juntas de penetración total en los cupones de pruebas con un
ángulo de bisel de 30° con respecto a la vertical y un talón de 1 mm
aproximadamente (figura 22(a)). Seguidamente, se punteó la junta en dos
secciones de la tubería, dejando una apertura de raíz de 2 mm (figura 22(b)) y se
procedió a la preparación de las superficies de soldadura, por medio de un esmeril
que contiene una disco similar a una lija 80, posteriormente se marcó la zona de
punteo.
Dirección desoldadura
Dirección delcorte
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
58
Figura 22. Características de los cupones de prueba, A – Diseño de junta y B – Unión de las
secciones
Elaboración de la Soldadura
Esta se realizó de manera manual sobre las secciones cortadas, colocando la
pistola de soldadura en un ángulo aproximado a los 90º con respecto al metal
base, con una distancia pieza-tobera de 1,5 mm y un flujo de gas AGAMIX 20 de
12 litros/min, se determinó el tiempo y la distancia recorrida durante el proceso
(distancia entre la marca inicial y la marca final), para obtener la velocidad de
avance (VS).
Apertura de raíz (2 mm)
Espesor (10mm)
30º
Punto desoldadura
Sección 1
Sección 2
B
A
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
59
Figura 23. Ilustración de la realización de la soldadura en el cupón de prueba
2.6.- Ensayos no Destructivos
2.6.1.- Inspección Visual
Se realizó durante y después de la soldadura, tomando en cuenta criterios como,
penetración, calidad del pase de raíz y calidad superficial en cada pasada.
2.6.2.- Inspección por Liquido penetrantes
Se limpió la superficie de ensayo rociándose con el líquido limpiador marca
TECNOEND frotándose con paños secos, inmediatamente se roció la zona de
ensayo con el líquido penetrante marca TECNOEND, dejándolo actuar durante 7
minutos, seguidamente se eliminó el exceso de líquidos penetrante con un paño,
procediéndose a la aplicación del revelador de la misma marca dejándolo por 10
minutos, para luego inspeccionar visualmente posibles defectos.
Marca de inicio
Pistola
Cordón
Sección de la tubería
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
60
2.6.3.- Inspección por Radiografía
Con un vernier, se midió el espesor del cupón y el cordón de soldadura, luego con
la especificación de la película radiográfica (AGFA D4), se procedió a la
determinación del voltaje de radiación, la exposición a la radiación y luego con la
exposición a la radiación se determinó el amperaje y tiempo de exposición.
Seguidamente, en un cuarto oscuro, se colocó dentro de la funda una película
radiográfica doblándose la entrada de la funda y sellándola con tirro, colocándose
debajo de la zona del cordón de soldadura sujetándose las esquinas de la funda
con tirro, seguidamente se volteó la pieza, colocándose paralelo al cordón la
identificación de la probeta con letras y/o números de plomo (así: S1 para la
probeta 1, S2 para la probeta 2 y así sucesivamente) manteniéndola unida con
tirro, luego se coloco el indicador de la API 1104 paralelo al cordón y del lado
opuesto a la identificación del mismo.
Una vez tomada la radiografía de una de las probetas al voltaje y exposición de
radiación calculada, se realizó el revelado y posterior secado de la película para
determinar el ennegrecimiento de la misma, seguidamente se procedió al recalculo
de los parámetros de radiación. Con la intensidad y exposición de radiación
recalculada se procedió a la realización de las demás radiografías.
Se realizó luego, el análisis de defectología presente en los cupones de pruebas,
marcándose las zonas defectuosas procediéndose a cortar las probetas para los
ensayos mecánicos en la zona sin defectos de los cupones de pruebas.
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
61
2.7.- Ensayos mecánicos
Las probetas obtenidas de los cupones de prueba, se maquinaron y rectificaron
según la norma API 1104 y la ayuda de las normas ASTM E23–91 y ASTM A370.
Las dimensiones de las probetas se muestran en las figuras 24, 25 y 26:
Figura 24. Dimensiones de las probetas de tracción
Figura 25. Dimensiones de las probetas de doblez
230 mm
115 mm
25 mmEspesor del material
18 mm
75 mm
Radio 13 mm
230 mm
60 mm
12,5 mm
8 mm
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
62
Figura 26. Dimensiones de las probetas sub-estándar Charpy
A continuación, se procedió al rectificado y acabado superficial de todas las
probetas hasta una lija número 600.
2.7.1.- Ensayo de tracción
Se determinó el ancho y espesor inicial de la sección reducida de las probetas así
como la longitud de calculó inicial (figura 24), procediéndose a realizar el ensayo
en un equipo Instron modelo 8502, luego de la ruptura se determino longitud final
y con esta se calculó la resistencia máxima y el porcentaje de alargamiento.
2.7.2.- Ensayo de doblado
Se utilizó un mandril con la dimensiones especificada en la norma API 1104, luego
se colocó la probeta debajo, con la cara de doblado en dirección a la del avance
del mandril.
Se realizaron cuatros ensayos de dobles (dos de cara y dos de raíz), los cuales
son exigido por la norma API 1104.
55 mm
7,5 mm
10 mm
45°
2 mm
Dirección deSoldadura
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
63
2.7.3.- Ensayo de Charpy
Se introdujeron cada una de las probetas en un recipiente con una solución de
agua con sal, y se colocaron en el congelador durante 14 horas. Transcurrido el
tiempo se sacaron los recipientes rompiéndose la capa de hielo formada para
luego medir la temperatura, inmediatamente se extrajeron las probetas
ensayándose rápidamente, determinándose la energía de fractura (energía
absorbida).
2.7.4.- Macroataque
Las probetas se pulieron hasta el paño blanco y se atacaron con 3% de nital en
alcohol durante 1 minuto, tomándose una macrografia en un analizador de
imagen.
2.7.5.- Ensayo de dureza
Se realizó un barrido de dureza, similar al representado en la figura 38, donde:
Barrido 1: Zona superior
Barrido 2: Zona central
Barrido 3: Zona inferior
Figura 27. Esquema demostrativo de la realización del barrido de dureza
Barrido 2
Barrido 3
Barrido 1
CAPITULO II PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
64
4
3
2
1
10 9 8 7 6 5
2.7.6.- Microataque
La probeta se pulió hasta el paño rojo y se atacó con nital al 2%, durante 30
segundos aproximadamente, realizándose varias micrografía, tal como se muestra
en la figura 28.
Figura 28. Zonas donde se realizó la micrografía
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
66
I I I .- RESULTADOS EXPERIMENTALES Y ANÁLISIS
3.1.- Caracterización química y mecánica del material y deposito
En los cuadros 2 y 4 se presenta el análisis químico realizado al material base y al
deposito respectivamente. En el cuadro 3 se muestra la caracterización mecánica
del material base y aporte.
Material base:
Cuadro 2. Análisis Químico del Material Base
%C %Si %Mn %S %Cu %P %Ni %CrMaterial Base 0,15 0,22 0,77 0,005 - - - -
Acero API 5l-X52 0,15 0,20 1,04 0,004 0,01 0,025 0,01 0,02
Propiedades mecánicas:
Cuadro 3. Propiedades Mecánicas Nominales del Material Base y Aporte
σσUTS
Ksi (Mpa)σσYS
Ksi (Mpa)Elogación
%
CVNJoules
Material Base 65 (450) 52 (358) 35 -
Metal de Aporte 94 (648) 90 (620) 27 52
Cordón:
Cuadro 4. Análisis Químico del Depósito
%C %Si %Mn %S %PCordón 0,08 0,76 1,02 0,011 -
Arco metal 0,066 0,67 1,26 0,0126 -Nominal 0,06 0,80 1,60 0,015 0,012
Los valores de composición química obtenidos en el metal base y deposito, son
similares a los valores establecidos en la norma respectiva; esto permite asegurar
que se trabajó con el electrodo y material base especificado.
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
67
3.2.- Selección de los parámetros de soldadura
3.2.1.- Criterio de Burnoff
En la gráfico 1, se muestra los resultados obtenidos mediante el criterio Burnoff,
con un método de ensayo y error.
Gráfico 1. Relación entre la Corriente Media y la Velocidad de Alimentación
0
100
200
300
400
500
600
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
VELOCIDAD DE ALIMENTACIÓN [m/min]
DE
NS
IDA
D D
E C
OR
RIE
NTE
[AM
P]
Arco Convencional
Arco Pulsado
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
68
De la gráfica 1, fue seleccionado el valor de 3 m/min el cual le corresponde una
intensidad de corriente media de 165 Amp.
3.2.2.- Diámetro metálico del alambre tubular
Para calcular diámetro metálico teórico, se determino el espesor y el área de la
carcasa o concha metálica, la cual arroja el siguiente resultado.
Figura 29. Macrografía de la sección transversal del electrodo utilizado
Promedio del espesor metálico del alambre tubular = 0.41086 mm
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
69
3.2.3.- Cálculo del volumen teórico de la gota
El cálculo del volumen de la gota se realizó a través de la ecuación 2 (pagina 19).
3..
3
4CMD EV π=
VD = 0,29057974 mm3
3.2.4.- Cálculo del tiempo del ciclo para la transferencia pulsada
El cálculo del tiempo del ciclo se realizo a través de la ecuación 3.
A
D
CVd
Vt
..
.2402π
=
tC= 10,9570410 mseg
3.2.5.- Parámetros teóricos de la transferencia pulsada
La gráfica 2, representa los valores teóricos obtenidos mediante la ecuación 5
B
P
M
P
P It
tI
t
tI
CC
.1.
−−
=
Donde:
tC = 10,9570410 mseg
IM = 165 Amp
tP = varia entre 0 y tC a razón de 0,5 mseg
IB = varia entre 0 y IM para cada tP
CAPITULO III RESULTADOS Y ÁNALISIS
70
Gráfico 2. Zona predicha por el criterio de Burnoff (tC =10,95 mseg; IM =165 amp; VA =3 m/min
140
150
160
170
180
190
200
210
220
230
240
250
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
360
370
380
390
400
410
420
430
440
450
460
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
Ib (Amp)
Ip (
amp)
Tp10,45
Tp9,95
Tp9.45
Tp8.95
Tp8.45
Tp7.95
Tp7.45
Tp6.95
Tp6.45
Tp5.95
Tp5.45
Tp4.95
Tp4.45
Tp3.95
Tp3.45
Tp2.95
Tp2.45
Tp1.95
Tp1.45
Tp0.95
Tp0.45
50
x
Parámetros del punto número 50
No se produce el arco eléctrico
Nota:
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
12
13
14
15
18
19
20
21
23
22
25
24
26
27
29
28
30
31
32
3337
38
39
40
43
42
41
44
46
45
50
48
47
53
52
51
54
55
56
59
58
57
60
61
xx
x
xx
x
xx x
49
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
71
3.2.6.- Parámetros de soldadura
Los puntos obtenidos por la gráfica 2 siguiendo los pasos antes mencionado, son
mostrados en el siguiente cuadro (cuadro 5).
Cuadro 5. Parámetros de soldadura
NºTiempo
Pico(TP)
TiempoBase(TB)
CorrientePico (IP)[Amp]
CorrienteBase (IB)
[Amp]
Velocidadde Avance[cm/min]
Velocidadde
alimentación[m/min]
CorrienteMedia
(IM)[Amp]
Observaciones
1 6,4 4,5 252 40 16,2 3 ------ Regular
2 5,9 5 270 40 “ “ 173Bien, superficie
levantada
3 5,4 5,5 290 40 “ “ 175 “
4 4,9 6 317 40 “ “ 168 Bien
5 4,4 6,5 348 40 “ “ 165 Bien
6 3,9 7 386 40 “ “ 163-165 “
7 3,4 7,5 437 40 “ “ 166 Bueno, Cordón fino
8 2,9 8 450 60 “ “ 164 Muy bueno
9 3,4 7,5 415 50 “ “ 162 Excelente
10 3,9 7 369 50 “ “ 163 “
11 4,4 6,5 332 50 “ “ 164-167 Bueno
12 4,9 6 305 50 “ “ 165Bueno, un poco
levantado
13 5,4 5,5 280 50 “ “ 167-170 Bueno
14 5,9 5 260 50 “ “ 166-170 Levantado
15 6,4 4,5 245 50 “ “ 165 Corto circuito
16 6,9 4 230 50 “ “ ------- No Soldó
17 7,4 3,5 215 60 “ “ ------- “
18 6,9 4 225 60 “ “ 172-178C.C., Defectossuperficiales
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
72
NºTiempo
Pico(TP)
TiempoBase(TB)
CorrientePico (IP)[Amp]
CorrienteBase (IB)
[Amp]
Velocidadde Avance[cm/min]
Velocidadde
alimentación[m/min]
CorrienteMedia
(IM)[Amp]
Observaciones
19 6,4 4,5 238 60 “ “ 167-173 C. circuito
20 5,9 5 253 60 16,2 3 165 C. circuito ligero
21 5,4 5,5 270 60 “ “ 168-174 “
22 4,9 6 291 60 “ “ 168 C. circuito, bueno
23 4,4 6,5 319 60 “ ” 169 “
24 3,9 7 350 60 “ “ 166 Bueno
25 3,4 7,5 392 60 “ “ 163-167 Excelente
26 2,9 8 422 70 “ “ 158 “
27 3,4 7,5 370 70 “ “ 162 Bueno
28 3,9 7 332 70 “ “ 163-165 Muy bueno
29 4,4 6,5 304 70 “ “ 164-166Ligero C. Circuito,
Bueno
30 4,9 6 280 70 “ “ 169 C. circuito, bueno
31 5,4 5,5 260 70 “ “ 184 “
32 5,9 5 245 70 “ “ 180 C. circuito
33 6,4 4,5 230 70 “ “ 174 “
34 6,9 4 220 70 “ “ - No soldó
35 6,9 4 212 80 “ “ - “
36 6,4 4,5 223 80 “ “ - “
37 5,9 5 236 80 “ “ 180C. circuito, cordón
delgado
38 5,4 5,5 250 80 “ “ 179 “
39 4,9 6 269 80 “ “ 177 “
40 4,4 6,5 289 80 “ “ 179 “
41 3,9 7 315 80 “ “ 176 Bien, C. Circuito
42 3,4 7,5 350 80 “ “ 175 Bien
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
73
NºTiempo
Pico(TP)
TiempoBase(TB)
CorrientePico (IP)[Amp]
CorrienteBase (IB)
[Amp]
Velocidadde Avance[cm/min]
Velocidadde
alimentación[m/min]
CorrienteMedia
(IM)[Amp]
Observaciones
43 2,9 8 395 80 “ “ 160 Regular
44 2,4 8,5 424 90 16,2 3 174-177Bueno, No
levantado, delgado
45 2,9 8 368 90 “ “ 164 Bueno
46 3,4 7,5 324 90 “ “ 170Ligero C. Circuito,
bueno
47 3,9 7 298 90 “ “ 170 Bien
48 4,4 6,5 273 90 “ “ 181 “
49 4,9 6 255 90 “ “ 178 “
50 4,4 6,5 260 100 “ “ 175 Inestable
51 3,9 7 280 100 “ “ 179-180 C. circuito, Bien
52 3,4 7,5 307 100 “ “ 178Ligero C. C.,
bueno, no muyancho
53 2,9 8 340 100 “ “ 177-184 “
54 2,4 8,5 390 100 “ “ 177-179Bueno, más ancho
que el anterior
55 1,9 9 318 110 “ “ 162-167 Muy delgado
56 3,9 7 404 30 “ “ 159 Bueno
57 4,4 6,5 361 30 “ “ 161 “
58 4,9 6 328 30 “ “ 162 C.C., bueno
59 5,4 5,5 303 30 “ “ 164 Ligero C.C.
60 5,9 5 277 30 “ “ 165 C.C.
61 6,4 4,5 258 30 “ “No se produce el
arco
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
74
3.2.6.1.- Determinación del parámetro óptimo
Seguidamente, se eligieron los mejores 12 parámetros (obtenidos del cuadro 5),
tomando en cuenta la calidad superficial y la forma del cordón (cuadro 6).
Cuadro 6. Parámetros seleccionados
Nº
Tiempo
Pico
(TP)
Tiempo
Base
(TB)
Corriente
Pico (IP)
[Amp]
Corriente
Base (IB)
[Amp]
Velocidad
Avance
[cm/min]
Velocidad de
alimentación
[m/min]
Corriente
Media (IM)
[Amp]
Voltaje
(V)Observaciones
9 3,4 7,5 415 50 16,2 3 164-167 22,9 Muy bueno
10 3,9 7 369 50 16,2 3 165-167 21,2 Excelente
11 4,4 6,5 332 50 16,2 3 168-171 22,0 Bueno
12 4,9 6 305 50 16,2 3 171-177 21,6Bueno, un poco
alto
14 5,9 5 260 50 16,2 3 177-173 21,2Un pocolevantado
24 3,9 7 650 60 16,2 3 163-170 22,3 Bueno
25 3,4 7,5 392 60 16,2 3 163-167 21,5 “
26 2,9 8 422 70 16,2 3 164-166 21,4 Excelente
27 3,4 7,5 370 70 16,2 3 168-171 22,4 Bueno
28 3,9 7 332 70 16,2 3 174-179 21,8 Muy Bueno
43 2,9 8 395 80 16,2 3 165-169 19,4 Regular
49 4,9 6 255 90 16,2 3 181-185 19,4 Inestable
En función de ello, se procedió a la realización sobre chapas de acero al carbono
de dos cordones de soldadura por cada parámetro seleccionado, editando y
extrayéndose los oscilosgramas de pulso de cada uno, del procesador adaptado a
la maquina de soldadura.
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
75
3.2.6.2.- Oscilogramas de pulso
Gráfico 3. Oscilograma de Pulso N°9
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
Gráfico 4. Oscilograma de Pulso N°10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
76
Gráf ico 5 . Oscilograma de Pulso N°11
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
Gráfico 6. Oscilograma de Pulso N°12
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
77
Gráf ico 7 . Oscilograma de Pulso N°14
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
Gráfico 8. Oscilograma de Pulso N°24
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
78
Gráfico 9 . Oscilograma de Pulso N°25
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
Gráfico 10 . Oscilograma de Pulso N°26
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
79
Gráfico 11. Oscilograma de Pulso N°27
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
Gráfico 12. Oscilograma de Pulso N°28
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
80
Gráfico 13. Oscilograma de Pulso N°43
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
Gráfico 14. Oscilograma de Pulso N°49
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 25 50 75
Tiempo (mseg)
Vo
ltaj
e (V
)
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
Co
rrie
nte
(A)
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
81
3.2.6.3.- Determinación de la penetración y la altura del cordón
Para observar los cordones y su penetración, se utilizó nital al 3% atacando
durante 1 minuto aproximadamente, se tomó una macrografía ampliada en un
analizador de imagen, para la determinación de la penetración del cordón (figura
30).
Figura 30. Puntos para la determinación de la penetración del cordón
La determinación del porcentaje de penetración del cordón para cada parámetro
originó los resultados que se presentan en el cuadro 7.
Cuadro 7. Resultados del porcentaje de penetración y altura del cordón
Nº % Penetración % Altura9 10,76 64,4510 9,78 -11 5,84 80,0012 9,95 68,3114 9,75 69,5024 8,71 71,0725 7,39 76,6926 8,73 68,4227 9,42 68,1628 10,68 -43 8,14 71,6849 8,63 68,56
ELEVACIÓN
PENETRACIÓN
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
82
El parámetro seleccionado, para la realización de la soldadura en los cupones de
pruebas es el número 9 del cuadro 6, el cual fue seleccionado según el
oscilograma, calidad superficial y los datos generados por la característica de
penetración y altura del cordón del cuadro 7. Este parámetro se representa en el
cuadro 8 y en la figura 31.
Cuadro 8. Parámetros seleccionados (parámetro 9)
tP tB IP IB VA IM Voltaje
3,4 mseg 7,5 mseg 415 amp 50 amp 3 m/min 165 amp 23 V
Figura 31. Macrografía de los cordones realizados con el parámetro 9
El criterio de selección de los parámetros de soldadura para la transferencia
metálica en modo pulsado en el proceso FCAW, es aceptable; aunque el mismo
es de mayor aplicabilidad en los procesos de soldadura de alambres macizos
(MIG y MAG), debido a la existencia de una relación más directa entre el tamaño
de gota producida y los parámetros de soldadura, donde lo consumido del alambre
es prácticamente igual a lo depositado durante el proceso de soldado.
Para tener una mayor fiabilidad en el criterio de Burnoff en alambre tubular, hay
que saber la manera como afecta el flux durante el proceso de soldadura; debido a
su interacción con la atmósfera y la parte metálica durante la fusión, donde hay
difusión de elementos del flux y la atmósfera hacia el metal fundido, esto implica
que la formación de la gota fundida no depende solamente de la concha metálica.
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
83
Sin embargo, los resultados obtenidos para los 12 parámetros seleccionados
fueron muy buenos, debido a que produce poca salpicadura y fácil remoción de la
escoria.
3.3.- Cupones de prueba
Los cupones de prueba obtenidos en el proceso son representados en las figuras
32 (A, B y C).
Figura 32 A, B y C. Fotografía de los cupones de prueba
A
B C
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
84
3.4.- Ensayos no destructivos
3.4.1.- Inspección Visual
La inspección visual realizada antes, durante y después del proceso de soldadura
a los cupones de prueba, mostró la ausencia de discontinuidades superficiales
apreciables, observándose algunas salpicaduras cercanas al cordón (figura 32),
asegurando el cumplimiento de la especificación dada por la norma API 1104. La
ausencia de defectos superficiales, demuestra que el soldador realizó una técnica
de soldadura correcta.
Sin embargo, observó la falta de uniformidad en la penetración en los cupones,
debido a la ausencia de respaldo, lo cual no pudo ser evitado.
3.4.2.- Inspección por Líquidos Penetrantes.
El ensayo por líquidos penetrantes aplicados a todos los cupones de prueba,
muestran que no existe discontinuidades relevantes que emergen de la superficie,
lo que demuestra que la técnica de soldadura utilizada, esta bien aplicada.
No obstante, en la figura 33 (A), se observa un defecto (poros) producido por el
inicio del arco de soldadura y en la figura 33 (B), se observa un contraste de color
en la zona unión entre el cordón y el metal base debido a la rugosidad presente en
esta zona, la cual no es considerada como un defecto.
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
85
Figura 33 A y B. Cupones ensayados con líquidos penetrantes
3.4.3.- Inspección por Radiografía
Figura 34. Radiografía de la sección 1 del cupón de prueba
Inicio
A B
PENETRACIÓN IRREGULAR
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
86
Figura 35 A y B. Radiografía de las secciones 2 y 3 del cupón de prueba
B
A
PENETRACIÓN IRREGULAR
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
87
Figura 36. Radiografía de la sección 4 del cupón de prueba
Las radiografías realizadas mostraron la existencia de escorias atrapadas, debido
a una limpieza insuficiente entre pases y durante el proceso de fusión del
electrodo.
En la radiografía S1 (figura 34) y S4 (figura 36), se observan zonas oscuras, con
una forma alargada y delgada, en el centro del cordón (falta de penetración), esto
es debido (tal como se dijo anteriormente en la inspección visual) a una
penetración inadecuada.
Para efectos de la sanidad de los cupones de pruebas, el estándar API 1104
incluye criterios para la aceptación de soldaduras en aceros sobre la base de un
número de defectos como penetración inadecuada, fusión incompleta, concavidad
interna, exceso de penetración, inclusiones de escoria y porosidad. Se puede
resumir la sección del API 1104 como: “Inclusiones de escoria elongadas: la
suma total de su longitud no deben ser mayor a 50 mm por cada 305 mm de
soldadura y no deben tener un ancho de 1,6 mm. Inclusiones de escoria
aisladas: las inclusiones de escoria aisladas que excedan los 3,17 mm y cuya
suma no excedan los 12,7 mm por cada 304,8 mm de soldadura son aceptada.
Las indicaciones acerca de la longitud agregada de inclusiones de escoria
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
88
aisladas no deberán exceder dos veces el menor espesor nominal de la pared y el
ancho no deberá exceder la mitad del menor espesor de las paredes unidas”.
Basándose en esto, se puede decir que todos las radiografías, excepto algunas
zonas de la identificada como S1, cumple con las especificaciones mencionadas.
Cabe destacar que las probetas de los ensayos mecánicos son tomadas de las
zonas sanas de la radiografía.
En esta inspección, se observaron ciertas discontinuidades en la parte interna del
cordón, como se puede observar en las figuras 34; 35 (A y B) y 36. Las probetas
para los ensayos posteriores fueron tomadas de las zonas sanas o de la zona con
discontinuidades aceptables.
3.5.- Ensayo mecánicos (destructivos)
3.5.1.- Ensayo de tracción
Se realizaron los cuatros ensayos exigidos por la norma API 1104, en los cuales
todas las probetas rompieron dentro de la sección reducida, tres de estas en el
material base y una en el cordón, como se muestra a continuación:
Figura 37. Probetas de tracción ensayadas
1 2 3 4
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
89
Los resultados del ensayo de tracción se muestran en el cuadro 9 y en el gráfico
15.
Cuadro 9. Resultados de los ensayos de tracción.
Resistencia a la tracción
σσuts σσys
NºProbeta Ruptura
Mpa Ksi Mpa Ksi
Elongación%
Tra1 MB 503,69 73,05 405,28 58,78 18,17Tra2 MB 503,18 72,98 378,10 54,84 23,25Tra3 MB 502,28 72,51 391,83 56,83 22,10Tra4 MA 493,27 71,54 388,92 56,41 10,07
Promedio 500,61 72,61 391,03 56,71 18,39Desviación 4,92 0,71 11,19 1,62 5,96
Gráfico 15. Esfuerzo Vs deformación
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
480
510
540
0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.14 0.16 0.18 0.20
Deformación
Esf
uerz
o [M
Pa] tra2
tra3
tra1
tra4
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
90
Se realizaron los cuatros ensayos de tracción exigidos por el estándar API 1104,
basándose en el diámetro del tubo. De los resultados obtenidos se puede
observar que 3 probetas rompieron en el material base y una lo hizo por el cordón
de soldadura con una resistencia a la tracción (σuts) igual 493,27 Mpa, el promedio
de los valores obtenidos son 500,61 Mpa σuts, 364,03 Mpa el esfuerzo de fluencia
(σys) y 18,39% el porcentaje de deformación (cuadro 9).
En el estándar API 1104, el criterio de aceptación para el ensayo de tracción,
viene dado en la especificación 2.6.2.3, la cual dice textualmente “El esfuerzo de
tensión de la soldadura, incluida la zona de fusión, debe ser superior o igual al
mínimo esfuerzo de tensión especificado del material base del tubo no
necesariamente tiene que ser superior o igual al actual esfuerzo de tensión del
material, ya que, si el espécimen rompe en la zona de fusión y en la soldadura y
satisface el mínimo esfuerzo de tensión, entonces, la soldadura es aceptada”.
En función de ello, se afirmar que los ensayos cumplen con la especificaciones de
las normas, inclusive la probeta que rompió en el cordón de soldadura.
3.5.2.- Ensayo de doblez
Se realizaron cuatros ensayos de doblez (dos de cara y dos de raíz), los cuales
son exigidos por la norma API 1104. Los resultados de los ensayos de doblez se
muestran en el cuadro 10 y en las figuras 38 y 39.
Cuadro 10. Resultados del ensayo de doblez.
Probeta Ensayo Observación1 D.C No presento fisuras superficiales2 D.C No presento fisuras superficiales3 D.R No presento fisuras superficiales4 D.R No presento fisuras superficiales
Nota: D.C: Doblez de cara. D.R: Doblez de raíz.
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
91
Figura 38. Doblez de cara
Figura 39. Doblez de raíz
El criterio de aceptación para el ensayo de doblez, por la norma API 1104, dado
por el requerimiento 2.6.4.3, la cual dice: “Las probetas de doblez guiado, no debe
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
92
tener defectos abiertos en el cordón o en la ZAC, que excedan de 3,17 mm;
medido en cualquier dirección sobre la superficie convexa de la probeta después
de ser doblada” cumplen con la especificaciones”.
En este caso, todas las probetas de doblez (raíz y cara) cumplen con la
especificación por no presentar defectos abiertos en la superficie convexa. Por lo
tanto, se puede decir que el cordón y la zona afectada presenta una buena
ductilidad, la cual también es ratificada con el porcentaje de elongación mostrado
en el cuadro 9.
3.5.3.- Ensayo Charpy
Los resultados de los 5 ensayos Charpy realizados se muestran el cuadro 11.
Cuadro 11. Resultados de los ensayos Charpy.
ProbetaEnergía Absorbida a 0ºC
en Joules (lbf x ft)1 80 (59)2 90 (66,4)3 120 (88,5)4 69 (50,8)5 100 (73,8)
Promedio 84,77 (62,52)Desviación 13,33 (9,83)
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
93
Figura 40. Fotografía de las probetas ensayadas por impacto
El cuadro 11 presenta los resultados obtenidos en los ensayos de impacto Charpy
realizados a 0ºC y con probetas subestándar con una sección transversal de 7,5 x
10mm, tomadas de tal manera que la entalla se encuentra en el cordón de
soldadura en la dirección del espesor del material. Los ensayos reportaron una
energía de impacto promedio de 84,77 Joules y una desviación de 13,33 Joules.
El resultado presenta una desviación estándar un poco alta, esto se debe a la
dificulta que tiene preparar la entalla y a la poca tolerancia que esta permite.
Sobre la base del trabajo de Moura y colaboradores(19), el cual utilizó cupones de
pruebas de acero API 5L-X60 con una composición similar al metal utilizado,
soldado mediante un proceso SAW, donde la probeta Charpy es obtenida y
ensayada bajo las misma condiciones, se puede decir que se obtuvo un resultado
bueno, esto también es ratificado por los resultados de impacto realizado por la
empresa fabricante de la tubería (Anexo).
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
94
3.5.4.- Macrografía
La macrografía observada es representada en la figura 41.
Figura 41. Macrografía
Tamaño aproximado de la zona afectada por el calor (ZAC) es igual a 4,3 ± 0,4
mm.
Se realizaron macrografías en las juntas soldadas, en las secciones atacadas, se
observan, figura 41, muy bien definidas las diferentes zonas existentes (metal
base, zona afectada por el calor y cordón de soldadura), así como el pase de raíz
y los pases de relleno; también se observa buena geometría (uniformidad y
simetría) del cordón.
Con la ayuda de la macrografía, se pudo determina el tamaño aproximado de la
zona afectada por el calor el cual arrojó un promedio de 4,3 ± 0,4 mm, siendo una
zona pequeña tomando en cuenta el número de pases realizados.
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
95
A través de las macrografías se aprecia el efecto del tratamiento térmico que
ejerce el pase de relleno sobre la raíz y entre pase; esto origina un reacomodo
columnar típica de la solidificación del metal.
3.5.5.- Ensayo de dureza
Los resultados de la dureza de la probeta están representados en el gráfico 16
Gráfico 16. Dureza Vs desplazamiento
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
-15 -10 -5 0 5 10 15
Dezplazamiento [mm]
Dur
eza
[Hv]
BARRIDO ZONA SUPERIOR
BARRIDO ZONA MEDIA
BARRIDO ZONA INFERIOR
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
96
Dureza promedio del material base = 164,6 Hv
Desviación estándar = 4,56 Hv
En el barrido de dureza (gráfico 16) se observa que el ultimo cordón de relleno
presenta una mayor dureza debido a la estructura formada, mayoritariamente
constituida de ferrita acicular y estructura dendrítica. Los cordones anteriores a
este presentan una menor dureza, ya que se ven afectado por el calor generado
durante la ejecución de los pases posteriores.
La zona afectada por el calor cercana a la raíz del cupón, es la que presenta
menor dureza, motivado a que la zona es afectada por el calor generado por el
pase de raíz y los pases de relleno, creando una condición que simula a un
recocido.
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
97
3.5.6.- Micrografías
Las micrografías obtenidas según la figura 28, son mostradas a continuación en
las figuras 42 y 43.
Figura 42. Micrografías del cordón de soldadura en dirección vertical21
1 2
3 4
4
3
2
1
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
98
Figura 43. Micrografías del cordón de soldadura en dirección horizontal7
6
7 8
9 10
5
10 9 8 7 6 5
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
99
Los resultados de estos ensayos muestran una estructura de forma de ferrita
acicular en la superficie del cordón, en la zona media se observa ferrita mas ferrita
acicular en regiones preferenciales, en la parte inferior del cordón se encontró
ferrita. La estructura ferrita acicular se forma a partir de un enfriamiento rápido.
Además esta estructura aumenta la tenacidad del material, es decir, que en el
cordón se espera que esta estructura aparezca, pero hay que destacar que
cuando se realizan mas de un cordón, la estructura de los cordones internos
cambia debido al calor generado por pase siguiente. Esto se demuestra con los
resultados obtenidos, en los cuales se ve que la ferrita acicular se encuentra en
mayor cantidad en la superficie del cordón, y en menos proporción en el interior de
este.
En cuanto al barrido realizado en el material base se observó una estructura en
forma de banda ferritico-perlitico. Hay que destacar que esta estructura va
disminuyendo de grosor hasta desaparecer en la zona adyacente al cordón, esto
se debe al calor generado en el proceso de soldadura.
Estas bandas ferritico-perlicos son formadas por una mala práctica de laminación
y su eliminación es conveniente, ya que en presencia de humedad produce
atrapamiento de hidrógeno lo cual puede inducir a un daño.
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
100
3.6.- Registro del procedimiento de soldadura (RCP)
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA
ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICAREGISTRO DE CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTO
RCPCENTRO VENEZOLANO DE SOLDADURAMETALURGIA - U.C.V. RCP SOPORTE Nº:
EPS Nº UTILIZADO:FECHA:CODIGO REF: API 1104
NOMBRE DEL SOLDADOR: HOJA: ½
PROCESO TIPO
RAIZ
TIG ( )
SMAW ( )GMAW ( )
FCAW ( X )
OTRO ( )
RELLENO
TIG ( )
SMAW ( )GMAW ( )
FCAW ( X )
OTRO ( )
( X )Manual
( )Semiautomático
( )Automático
METAL BASE
GRADO Y TIPO: API 5L-X52
Nº P: Nº GRUPO:
ESPESOR: 10 mm
a GRADO Y TIPO:
a Nº P: Nº GRUPO:
DIAMETRO: 500 mm
DISEÑO DE JUNTA
TIPO DE JUNTA: Junta en V
RESPALDO: SI ( )
NO ( X )
MATERIAL DEL RESPALDO:
OBSERVACIONES:
METAL DE APORTE
RAIZ RELLENO (A) RELLENO (B) RELLENO (C)
ESPECIF. FAB. E71T-1 E71T-1 E71T-1
AWS (Clase)
Nº F
Nº A
DIAMETRO 1,6 mm 1,6 mm 1,6 mm
OBSERVACIONES:
C E N T R O V E N E Z O L A N O D E S O L D A D U R A
10 mm
30°
2 mm
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
101
PRECALENTAMIENTO POST-CALENTAMIENTO
TEMP. MIN ENTRE PASES: INTERVALO DE TEMP.:
TIEMPO DE PERMANENCIA: TIEMPO DE PERMANENCIA:
AREA DE CALENTAMIENTO: ENFRIAMIENTO:
AREA DE CALENTAMIENTO:
GAS LIMPIEZA
TIPO COMP. FLUJO(Lts/horas)
INICIAL: lija 80
PROTECCION AGA MIX
20
Ar 80%
CO2 20%
10-15 ENTRE PASES: Cepillo de alambre
RESPALDO
POSICION Y ALINEACIÓN DE LA JUNTA PROGRESION DE LA SOLDADURA
POSICION: 1G PROGRESION:
Nº DE PUNTOS: 2 TECNICA DEL CORDON:
DISTANCIA ENTRE PUNTOS: 15 mm OBSERVACIONES:
PARAMETROS DE SOLDADURA (MODO DE TRANSFERENCIA PULSADO)
MAT. DE APORTE Corriente
PASE PROCESOClase AWS φ [mm]
IM
(amp)
tP
(mseg)
tB
(mseg)
IP
(amp)
IB
(amp)
VOLTAJE(Volt.)
VEL.AVANCE(cm/min)
VEL. A.
(m/min)
Raíz FCAW-G E 71T-1 1,6 165 3,4 7,5 415 50 22,9 16,2 3
Relleno A FCAW-G E 71T-1 1,6 165 3,4 7,5 415 50 22,9 16,2 3
Relleno B FCAW-G E 71T-1 1,6 165 3,4 7,5 415 50 22,9 16,2 3
OBSERVACIONES:
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
102
UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA
ESCUELA DE INGENIERIA METALURGICAREGISTRO DE CALIFICACIÓN DE PROCEDIMIENTO
RCPCENTRO VENEZOLANO DE SOLDADURAMETALURGIA - U.C.V. RCP SOPORTE Nº:
EPS Nº UTILIZADO: HOJA:
RESULTADOS DE LOS END
LOS ENSAYO NO DESTRUCTIVOS CUMPLES CON LAS ESPECIFICACIONES DE LA NORMA API 1104
OBSERVACIONES:
RESULTADOS DEL ENSAYO DE TRACCIÓN
Ensayo de tracciónσUTS σYSPROBETA
Mpa (Ksi) Mpa (Ksi)
Deformación%
Ubicación
1 503,69 (73,28) 405,28 (58,78) 18,17 Metal base
2 503,18 (72,98) 378,10 (54,84) 23,25 Metal base
3 502,28 (71,54) 391,83 (56,83 22,10 Metal base
4 493,27 (71,54) 388,92 (56,41) 10,07 Material de aporte
RESULTADOS DEL ENSAYO DE DOBLEZ
PROBETAS RESULTADOSDoblez de cara Aprobada
Doblez de cara Aprobada
Doblez de raíz Aprobada
Doblez de raíz Aprobada
OBSERVACIONES:
No se observaron defectos abiertos a la superficie convexa
RESULTADOS DEL ENSAYO DE IMPACTO
Energía AbsorbidaPROBETA
Ubicación dela entalla
Tipo deentalla
Temperaturadel ensayo Joules Lbf -pies
1 Cordón V 0 °C 80 59
2 Cordón V 0 °C 90 66,4
3 Cordón V 0 °C 120 88,5
4 Cordón V 0 °C 69 50,8
5 Cordón V 0 °C 100 73,8
C E N T R O V E N E Z O L A N O D E S O L D A D U R A
CAPITULO III RESULTADOS Y ANÁLISIS
103
OTROS RESULTADOS:
SE CERTIFICA QUE TODO LO INDICADO EN ESTE REGISTRO, ES CORRECTO Y
QUE LAS PROBETAS FUERON SOLDADAS Y ENSAYADAS DE ACUERDO CON
LOS REGISTROS DE LA NORMA API 1104
ELABORADO POR:
________________________________
APROBADO POR:
________________________________
Ing. Vicente Ignoto
Br. Gregory Soriano Br. Juan C. Gonzalez
CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
105
I V.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1.- Conclusiones
1.- La evaluación del procedimiento de soldadura FCAW-G con transferencia
pulsada, aplicado en la tubería API 5L-X52, califica según la norma API 1104.
2.- El criterio de Burnoff para la selección de los parámetros de arco pulsado es
aplicable al proceso de soldadura con alambre tubular.
3.- Los parámetros del arco pulsado calculados, VA = 3 m/min, IP = 415 amp,
IB = 50 amp, tP = 3,4 mseg y tB = 7,5 mseg, garantiza una adecuada calidad en
las juntas soldadas.
4.- La soldadura FCAW-G con transferencia pulsada, reportó un excelente
acabado superficial con escasas salpicaduras y porosidades.
5.- Las propiedades mecánica evaluadas en las juntas soldadas FCAW-G con
transferencia pulsada, cumplen con los requerimientos establecidos en la
norma API 1104.
CAPITULO IV CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
106
4.2.- Recomendaciones
1.- Ampliar el estudio sobre los parámetros del pulso en FCAW-G.
2.- Evaluar los parámetros del arco pulsado en FCAW-G para otras aplicaciones.
3.- Estudiar el comportamiento del proceso de soldadura FCAW sin protección
gaseosa, para la unión de tubería de Acero API 5L-X52 y otros.
4.- Calificación del proceso de soldadura FCAW-G, bajo un sistema sin protección
gaseosa y compararlos con este trabajo.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
107
V.- REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
1.- Grooven, Mikell P. “Fundamento de manufactura moderna”. México 1997,
pag 712-753.
2.- Asta E. “Soldadura de unión con alambres tubulares“. Soldador Conarco n.
113; Argentina, 2000, pag. 9-14
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Fl., cap. 5. 1998, pag.159-160.
4.- AWS. “Specification for corbon steel electrodes for Flux Cored Arc Welding”.
An American National Standard, ANSI/AWS. A5. 20-95, 1994.
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6.- Hernandez, G. R. “Manual del Soldador”. 4ta ed, 1996. pag 306-310.
7.- Souza P.C.R.D. “Análise da transferencia metálica na soldagem com arame
tubular”. Congreso V Ibero Americano de Soldagem, 1998
8.- Wang, W.; Lui S.; Jones J. E. “Flux Cored Arc Welding: Arc, Processing and
metal transfer characterization”. Welding Journal, vol. 74, n. 11, 1985, pag.
369-s a 377-s
9.- Amin, M. “Pulse corrent parameters for arc stability and controlled metal
transfer are welding”. Metal Construction, vol. 15, n. 5, 1983, pag 272-278.
10.- Rajasekaran S.; Kulkarni S. D.; Mallya U. D. “Droplet detachment and plate
fusion characteristics in pulsed current gsa metal arc welding”. Welding
Journal, vol 77, n. 6,1998; pag. 254-s a 269-s.
11.- AWS. “Welding Metallurgy”. Welding Handbook. 8va ed., vol. 1, Miami Fl.,
cap. 4. 1998, pag. 89-123.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
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12.- Benzo, M.; Capodicasa, A. “Calificación de procedimiento de soldadura
tubo/tubo usados en calderas”. Trabajo especial de grado, Caracas, 1995.
13.- ASM. “Weld Discontinuities”. Metals Handbook, 9th ed., Vol 6, American
Society for Metals,1983. P829-855
14.- AWS. Welding Handbook. 8va ed., vol. 2, Miami Fl., cap. 5. 1984, pag.187.
15.- “Procedure Handbook of Arc Welding”. Lincoln Electric Co., 12th ed., 1973.
16.- Craig B. Dallam, ”Caracterización de Soldadura”. The Lincoln Electrical
Company, 1993.
17.- Centro tecnológico de ensayo no destructivo. “Guía de Introducción a los
ensayos no destructivos”.
18.- Instituto de soldagem e mecatronica. “MET DIGITEC 300 (manual de
insrtuÇôes)”. 1º edicào 1998.
19.- Moura M., T.; Cléa Soares M.; Evangelista I.; Marco Antonio dos Santo
“AvaliaÇâo das porpriedades mecánicas de una junta soldada de uma
tubulaÇâo de aÇo API 5L-60. VI Congreso Iberoamericano de soldadura de
San Paulo; CT54, 1998, pag. 1-13.
20.- Zalazar M.; Quesada H. J. “Microestructuras producidas en la soldadura de
uniones de aceros para tuberías de gran diámetro”, Revista Metalurgia,
Madrid, 34 (6), 1998. pag 469-474.
21.- Metalography of Weldments, Metals Handbook, 9th ed., Vol 9, American
Society for Metals, 1985, p 577-586.
22.- D. V. Dorling “Applying pulsed GMA welding to pipeline construction”
Welding journal; pag. 39-44.
ANEXOS